Perpindahan Panas dan Massa pada Proses Sangrai Kopi

Pendekatan geometris

(Fabri et.al., 2011) melakukan pendekatan geometris terhadap biji kopi dengan asumsi bentuk semi-elliptikal dan hasil 3D scanner dari biji kopi arabika. Dengan mensimulasikan perpindahan panas dan perubahan kadar air, didapat bahwa model semi-eliptikal dapat mewakili hasil 3D scanner.

 

Model perpindahan massa/moisture loss berdasarkan geometri dan difusivitas thermal. 

Asumsi yang digunakan adalah hukum Fick dimana flux massa akan proporsional dnegan gradien konsentrasi melalui difustivitas kadar air. Kadar air awal dianggap konstan dan sama dengan nilai 5500 mol/m3 Model ini lalu disimulasikan dan diuji dengan hasil eksperimen untuk melihat kecocokannya. Model simulasi menunjukan ketidakcocokan dari detik awal sampai 200s dengan hasil eksperimen dimana terjadi perubahan moisture yang tidak mengikuti kurva eksponensial. Perhitungan RMSE menunjukan perbedaan  264,251 mol/m3 yang  menyimpulkan model ini masih cukup relevan untuk memprediksi perubahan moisture dibandingkan model hernandez et.al.

Model perpindahan panas berdasarkan geometri dan difusivitas thermal. 

            Model matematika dibangun berdasarkan prinsip kesetimbangan energi dengan koefisien yang konstan. Dengan menggunakan asumsi pindah panas terjadi secara konvektif maka perpindahan panas yang diukur sebagai fluks panas dari permukaan menuju pusat biji kopi dimodelkan sebagai berikut Pada konveksi natural, bilangan Nusselt bergantung pada bilangan Grashof, bilangan Prandtl, geometri dan konduksi pembatas.

Konduktivitas thermal dan difusivitas thermal diukur menggunakan probe, berdasarkan 6 waktu  sangrai dan dilakukan tiga kali pengulangan, setelah mengetahui konduktivitas dan difusifitas thermal, specific heat diukur sebagai berikut Model ini lalu disimulasikan dan diuji dengan hasil eksperimen untuk melihat kecocokannya.

Perhitungan RMSE menunjukan perbedaan  5,970C  yang  menyimpulkan model ini cukup relevan untuk mengukur perubahan perpindahan panas pada biji kopi.

Model perpindahan massa dan panas berdasarkan PDE dan prinsip konservasi. 

            (Fadai et.al., 2017) menggunakan partial distribution equation (PDE) untuk membuat model yang lebih komprehensif dengan mempertimbangkan perubahan fase pada kandungan biji kopi dan melihat fenomena perpindahan massa sebagai fenomenan lokal pada biji kopi, bukan keseluruhan. Perpindahan multifase pada ruang-ruang sel biji kopi digambarkan pada skema berikut