Özgül ısı : Q C p = m (Δ T)

Transkript

1 Özgül ısı : Bir maddenin faz değişimine uğramaksızın belli bir sıcaklığa ulaşması için, bu maddenin birim kütlesi tarafından kazanılan veya kaybedilen ısı miktarıdır. Q C p = m (Δ T) 1

2 Gıdaların Özgül Isısı; Bileşimine ve özellikle su içeriğine bağlıdır. En doğru olarak, deneysel yolla saptanabilmektedir. Gıdanın bileşimi ve bunların oranları bilinirse, Gıdanın özgül ısısı hesaplanabilmektedir. 2

3 Özgül ısı : Gıdaların en önemli bileşim öğelerinden birisi sudur. Suyun sıvı ve katı fazdaki özgül ısıları çok farklıdır. Gıdaların özgül ısıları, donma noktası üzerinde donma noktası altında farklıdır. 3

4 Donma noktası üstünde özgül ısı; C p = 1 m s (1 m s ) m s : Materyaldeki suyun kütle fraksiyonu 1 : Suyun özgül ısısı, kcal kg 1 C 1 veya BTU lb 1 m F 1 1 m s : Materyaldeki yağ olmayan katı maddenin kütle fraksiyonu C p : Özgül ısı, kcal kg 1 C 1 veya BTU lb 1 m F 1 4

5 Eşitlik yeniden düzenlenince; C p = 1 m s m s C p = m s 0.2 m s C p = (1 0.2) m s C p = 0.8 m s (İngiliz, mks ve cgs) 5

6 SI sisteminde düzenlenince; C p = m s (4.1868) = (4.1868) = C p m s : Donma noktası üstünde özgül ısı, kj kg 1 K 1 : Gıdadaki suyun kütle fraksiyonu 6

7 Yağ miktarı ve özgül ısı: Önemli miktarda yağ içeren hayvansal ürünlerle, bazı bitkisel kökenli ürünlerin özgül ısılarının hesaplanmasında mutlaka yağ oranının dikkate alınması gerekir!! 7

8 DN üstünde yağlı gıdalar için; C p = 0.4 m y m ydk + 1 m s (İngiliz, mks ve cgs) C p = m y m ydk m s (SI) C p :Önemli miktarda yağ içeren bir gıdanın donma noktası üstündeki özgül ısısı, kj kg 1 K 1 m y : Gıdadaki yağın kütle fraksiyonu m ydk : Gıdadaki yağ dışındaki katı maddelerin kütle fraksiyonu m s : Gıdadaki suyun kütle fraksiyonu 8

9 Karbonhidrat, protein ve kül dikkate alınınca; C p = m k m p m y m kü m s Not: (1) k, p, y, kü ve s; sıra ile karbonhidrat, protein, yağ, kül ve suyu belirtmek amacıyla kullanılmıştır. (2) Her kütle fraksiyonunun önündeki katsayılar, o bileşiğin saf haldeki özgül ısılarıdır. 9

10 Örnek 8 : %30 karbonhidrat, %10 protein, %0 yağ, %0.4 kül, %56 su içeren bir gıdanın donma noktası üzerindeki özgül ısısını hesaplayınız. 10

11 Donma noktası altında özgül ısı : Her gıda, sıfırın altında kendine özgü belli bir derecede donmaya başlar. Donma daha düşük derecelerde devam eder, kendine özgü belli bir derecede donma tamamlanır.!!!!ancak pratik işlemler için; Donmanın donma noktasında başlayıp orada sona erdiği varsayılır. 11

12 Donma noktası altında özgül ısı : Sadece sudan kaynaklanan özgül ısı değişimi dikkate alınır. Suyun dışındaki bileşim unsurlarının özgül ısıları, gıdanın sıcaklığına bağlı olarak değişmez. 12

13 Donma noktası altında özgül ısı; C p = 0.5 m s (1 m s ) C p = 0.5 m s m s C p = 0.3 m s

14 SI sisteminde düzenlenince; C p = m s DN üstünde yağlı gıdalar için; C p = 0.4 m y m ydk m s (İngiliz) C p = m y m ydk m s (SI) 14

15 Karbonhidrat, protein ve kül dikkate alınınca; C p = m k m p m y m kü m s 15

16 Örnek 9 : %12 toplam kuru madde içeren bir elma suyunun donma noktası üstündeki ve altındaki özgül ısısını hesaplayınız. 16

17 Örnek 10 : %15 protein, %20 yağ ve %65 su içeren sığır etinin özgül ısısını SI birim sisteminde hesaplayınız. 17

18 Örnek 11 : %45 KM içeren portakal suyu konsantresinin özgül ısısını SI birim siteminde hesaplayınız. 18

19 Örnek 12 : %15 protein, %20 yağ ve %65 su içeren 10 lb m sığır etinin sıcaklığını 40 F tan 150 F a yükseltmek için gerekli ısı enerjisi miktarını BTU, kj ve kw h olarak hesaplayınız. 19

20 Siebel eşitliğinin 2 tane zayıf 0.2 BTU/lbm F noktası bulunmaktadır!! 1) Siebel eşitliğinde tüm yağsız katıların aynı özgül ısıya sahip olduğu varsayılır. Bu doğru değildir. 2) Siebel eşitliği, donma noktası altında tüm suyun donduğunu kabul eder. Bu doğru değildir. 20

21 Gıdanın tüm bileşenleri dikkate alındığında; Protein : C p = T T 2 Yağ : C y = T T 2 K.hidrat : C k = T T 2 Lif : C l = T T 2 Kül : C kü = T T 2 Su : C s = T T 2 C p J/(kg K) Sıcaklık C 21

22 Donma noktasının üzerinde gıdanın özgül ısısı: Cp(gıda) = Cp (P) + Cy (Y) + Ck (K) + Cl (L) + Ckü (Kü) + Cs (S) 22

23 Örnek 12 : %15 protein, %20 yağ, %1 lif, %0.5 kül, %20 yağ ve %43.5 su içeren 25 C deki bir gıdanın özgül ısısını hesaplayınız. 23

24 Donma noktasının üzerinde gıdanın ortalama özgül ısısı; Protein: C * pp = (1/δ) [ (δ) (δ 2 ) x 10 6 (δ 3 )] Yağ: C py = (1/δ) [ (δ) (δ 2 ) 1600 x 10 6 (δ 3 )] K.hidrat: C pk = (1/δ) [ (δ) (δ 2 )-1980 x 10 6 (δ 3 )] Lif: C pl = (1/δ) [ (δ) (δ 2 ) 1500 x 10 6 (δ 3 )] Kül: C pkü = (1/δ) [ (δ) (δ 2 ) 1227 x 10 6 (δ 3 )] Su: C psu = (1/δ) [ (δ) x 10 5 (δ 2 ) 1824 x 10 6 (δ 3 )] C * ort = P (C * pp) + F (C * py) + C (C * pk) + Fi (C * pl) + A (C * pk) +M (C * psu) 24

25 Örnek 13 : Örnek 12 de verilen gıdanın 25 C ile 100 C arasında ısıtılması sırasındaki ortalama özgül ısısını hesaplayınız. 25

26 Faz Değişimi Sırasında Entalpi Değişimi Bir gıdanın donması sırasında uzaklaştırılması gereken ısı hesaplanırken, donma gizli ısısı dikkate alınmalıdır. Donma noktasında, gıdada bulunan suyun hepsi dondurulamaz. Donma noktası altında Siebel eşitliği büyük hata verir!! En iyi yol, entalpi değişiminin hesaplanmasıdır. 26

27 DN altında %73 94 nem içeren gıdalar için entalpi; K de ( 45.4 C) gıdada bulunan tüm suyun donduğu varsayılır. İŞLEM BASAMAKLARI: 1) Gıdanın donma noktası (T f ), K cinsinden hesaplanır. Et : T f = x 1.47 M Meyve ve sebzeler : T f = M M 2 Meyve ve sebze suları : T f = M M 2 27

28 2) T r sıcaklığı hesaplanır: T T r = T f T f : Donma noktası, T : Donma noktasının altında ulaşılan son sıcaklık 28

29 3) Gıdada bulunan suyun kütle kesrine göre değişen a ve b parametreleri bulunur: Et : a = (M 0.73) (M 0.73) 2 b = (a 0.28) (a 0.28) 2 Meyve-sebzeler ve suları : a = (M 0.73) (M 0.73) 2 b = (a 0.23) (a 0.23) 2 29

30 4) K referans sıcaklıkta, gıdanın donma noktasındaki entalpisi (H f ), J/kg hesaplanır: H f = ,096 M 5) K referans sıcaklıkta, gıdanın T sıcaklıktaki entalpisi (H f ), J/kg, hesaplanır: H = H f [a T r + (1 a) T rb ] 6) Gıdanın donma noktasından, T sıcaklığa soğutulmasına kadar, uzaklaştırılması gereken ısı ya da entalpi miktarı hesaplanır: ΔH = H H f 30

31 Örnek 14 : %25 KM içeren 1 kg üzüm suyunu donma noktasından 30 C ye soğutmak için uzaklaştırılması gereken ısı miktarını hesaplayınız. 31

32 Gaz ve Buharların Özgül Isıları Gazların özgül ısıları, prosesin sabit basınç ya da sabit hacimde yapılmasına göre değişir. Sabit basınç altındaki özgül ısı C p ile gösterilir. Sabit basınçta, m kütlesindeki gazın sıcaklığını artırmak için gerekli ısı miktarı entalpideki değişime eşittir (ΔH). 32

33 Entalpideki değişim; T 2 ΔH = m C p dt T o ΔH = m C pm (T 2 T o ) C pm : Gazın, T o (25 C) ile T 2 sıcaklığı arasındaki ortalama özgül ısısı 33

34 Bir gaz, T 1 sıcaklığından T 2 sıcaklığına ısıtılırsa; ΔH = m C pm (T 2 T o ) m C pm (T 1 T o ) C pm : Gazın, T o ile T 1 sıcaklığı arasındaki ortalama özgül ısısı 34

35 Örnek 15 : 1 atm basınçta 2000 ft 3 /dak. havayı 70 F tan 170 F a ısıtmak için gerekli ısı miktarını hesaplayınız. 35

36 Örnek 16 : 1 atm basıçta 10 m 3 /s havanın sıcaklığını 50 C tan 120 C a çıkarmak için gerekli ısı miktarını hesaplayınız. 36