AZAS TEKNIK KIMIA (1).pdf

8/10/2019 AZAS TEKNIK KIMIA (1).pdf

1/42

AZAS TEKNIK KIMIA(NERACA ENERGI)

PRODI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS NEGERI SEMARANG


2/42

KESETIMBANGAN ENERGI

Konsep dan Satuan

Perhitungan Perubahan Entalpi

Penerapan Kesetimbangan Energi Umum

tanpa terjadinya reaksi kimia

Kesetimbangan Energi Mekanis

Grafik Kelembapan dan Penggunaannya


3/42

KONSEP DAN SATUAN

Menjelaskan konsep dari energi, sistem, lingkungan,jenis-jenis sistem, jenis-jenis energi

Memilih sistem yang sesuai untuk memecahkanmasalah baik sistem tertutup maupun terbuka,

keadaan steady state, unsteady state, danmenetapkan batasan sistem

Membedakan jenis energi potensial, kinetik, daninternal

Menyatakan kesetimbangan energi dalam kata-katadan enulis kesetimbangan tersebut dalam simbolmatematis untuk sistem terbuka maupun tertutup


4/42

KONSEP POKOK

Sistem merupakan sembarang massa materi ataubagian peralatan tertentu pada apa kita harusmencurahkan perhatian kita. Suatu sitemdipisahkan dengn lingkungan oleh suatu batas

sistem Lingkungan adalah segala sesuatu yang berada di

luar sistem

Batas sistem merupakan suatu permukaan yang

memisahkan antara sistem dengan lingkungan.


5/42

MACAM SISTEM

Sistem Tertutup Sistem Terbuka


6/42

MACAM SISTEM

Sistem terbuka (sistem aliran)merupakan sistem dimana memungkinkanterjadinya pertukaran massa maupun energi antarasistem dengan lingkungan

Sistem tertutup (sistem non-aliran)Merupakan sistem yang tidak memungkinkanterjadinya pertukaran massa antara sistem dan

lingkungan namun masih memungkinkan terjadinyapertukaran energi


7/42

PROPERTY SYSTEM

Property merupakan segala variabel/parameteryang dapat diamati maupun diukur dari suatusistem. Misalnya: tekanan, temperatur, volume,dll

Berdasarkan ukurannya dibagi menjadi dua yaitusifat intensif (intensif property) dan sifatekstensif (ekstensif property)

Sifat intensif tidak dipengaruhi oleh ukuran

sistem sedangkan sifat ekstensif dipengaruhioleh ukuran sistem

Contoh sifat intensif: temperatur, tekanan,densitas, dll. Contoh sifat ekstensif: massa,

volume, dll


8/42

Energi

Dua jenis energi berpindah antara sistem danlingkungan tanpa menyertai perpindahan massa

yaitu Kerjadan Panas (kalor) Kerja (work) adalah suatu bentuk energi yang

menunjukkan perpindahan (transfer) antarasistem dan lingkungannya. Kerja merupakanenergi yang tidak dapat disimpan.

Besarnya kerja oleh gaya mekanis:

W= .

dimana F adalah gaya, ds adalah perpindahan Tanda W positif (+) kerja jika dilakukan pada

sistem dan Wnegatif (-) jika sistem melakukankerja


9/42

Kerja

Karena kerja bergantung pada lintasan yangdiambil maka kerja merupakan fungsi lintasan(path function)

Contoh: kerja mekanis pada piston

suatu gas ideal pada 300 K dan 200 Kpa beradadidalam silinder tertutup dan tanpa gesekan. Gastersebut menekan piston sehingga secara perlahanvolume mengembang dari 0,1 m3 ke 0,2 m3. hitung

kerja gas pada piston jika digunakan dua lintasanyang berbeda:


10/42

Jawab

Lintasan A (tekanan konstan) : karena kerja

dilakukan oleh sistem (gas) maka W bertandanegatif


11/42

GRAFIK P-V


12/42

Lintasan B (suhu konstan)

kerja dalam proses isotermal (suhu konstan):

Dengan n untuk gas ideal

Sehingga kerja:


13/42

KALOR (HEAT)

Kalor (Heat, panas) merupakan bagian dari energiyang mengalir melintasi batas sistem yangdisebabkan oleh perbedaan suhu antara sistem dansekitarnya

Kalor merupakan energi yang tidak dpat disimpan

Tanda untuk aliran kalor: positif (+)jika mengalirmasuk ke dalam sistem dan negatif (-)jikamengalir keluar sistem

Besarnya energi kalor yang mengalir:

Q= U. A. T

U adalah koefisien heat transfer

A adalah luas area perpindahan panas

T adalah beda temperatur


14/42

ENERGI KINETIK

Energi kinetik (KE) adalah energi yangdimiliki oleh suatu sistem karenakecepatannya relatif terhadap sekitarnya

Besarnya K dapat dihitung:

atau energi persatuan massa (spesifik energikinetik)


15/42

Contoh soal:air dipompa dari sebuah tangki penyimpanan ke dalam

pipa berdiameter dalam 3 cm pada laju 0,001 m3/s.berapa energi kinetik spesifiknya?

Jawab:

Asumsi bahwa air = 1000 kg/m3 ; r pipa = 1,5 cm


16/42

ENERGI POTENSIAL

Energi potensial (PE) adalah energi yang dimilikioleh suatu sistem karena kedudukannya(ketinggian) dari suatu permukaan (referensi)

Besarnya energi potensial dapat dihitung:

PE = m. g. h

atau spesifik energi potensial:


17/42

Contoh soal:

Air dipompa dari sebuah reservoir ke yang lainny

sejauh 300 ft. permukaan air dalam reservoirkedua adalah 40 ft. berapa kenaikan energipotensial spesifik dari air tersebut dalamBtu/lbm?


18/42

ENERGI INTERNAL

Energi internal (U) merupakan pengukuran darimelekuler, atomik, dan subatomik, yang semuanyamengikuti kaidah konservasi mikroskopiktertentu

Energi internal merupakan fungsi dari T dan V, = (T,V)

sehingga:

Dimana merupakan kapasitas panas Cv


19/42

ENTALPI

Entalpi merupakan kombinasi dari dua variabelenergi yang dapat diformulasikan:

H = U + PVdengan P adalah tekanan, dan V adalah volume

Entalpi persatuan massa merupakan fungsi suhu dantekanan

Entalpi (H) dan internal energi (U) merupakanfungsi keadaan


20/42

NERACA ENERGI CLOSED

SISTEM (TANPA REAKSI KIMIA)


21/42

NERACA ENERGI SISTEM

TERBUKA (TANPA REAKSI KIMIA)


22/42

contoh soal:

1. Berapakah perubahan energi internal bila 10 kgmoludara didinginkan dari suhu 60 C hingga 30 C pada

volume konstan? Cv=2,1 x 104j/mol.K2. Lihat gambar berikut

pada lintasan (A atau B) manakah yang memiliki

terbesar?


23/42

3. Lihat gambar berikut:

manakah yang memiliki terbesar, lintasanABD atau ACP?

4. Berapakah perubahan entalpi bila 10 kgmol udaradidinginkan dari suhu 60 C hingga 30 C padatekanan konstan? Cp gas ideal =Cv +R


24/42

Gas N2 di dalam silinder pada P 200 kpa dan T 80 C. Gas

didinginkan hingga P 190 kpa dan T 30 C. Berapa besar

kerja yang telah dilakukan oleh gas

Hitung besarnya kerja untuk masing-masing stage:

Selesaikan:


25/42

ENERGI BALANCE, OPENSISTEM (UNSTEADY STATE)


26/42

ENERGI BALANCE, OPENSISTEM (STEADY STATE)


27/42

ENTALPI Entalpi suatu unsur dalam fase tunggal (tidak

terjadi perubahan fase) dapat dihitungmenggunakan kapasitas kalor:

=

satuan Cp adalah Kj/kg mol.K atau BTU/lb mol.0F

besarnya Cp padat, cair, maupun gas merupakanfungsi dari temperatur:

Cp = a + bT + cT2

-dimana T suhu dalam C, K, R, F

bila diintegralkan persamaan entalpi menjadi:


28/42

KAPASITAS KALOR GASIDEAL

Kapasitas panas campuran gas ideal:


29/42

GRAFIK Cp GAS

kurva kapasitas panas gas hasil pembakaran


30/42

CONTOH SOAL

Diketahui data kapasitas kalor untuk CO2:a = 2.675 x 104

b = 42.27

c = -1.425 x 10-2

-Susunlah pers. Cp (j/Kg mol.K) dari data diatas ?

-konversikan pers. Cp tersebut dalam satuan (Btu/Lbmole.0F)

Jawab

- Persamaan Cp:

- J/kmol.K


31/42

Untuk mengkonversi dari satuan j/kg mole.K kesatuan J/lb mole.F dengan mengalikan rus kiri :

kemudian subtitusikan hub. Antara T kelvin dan Tfahrenheit pada suku T pada Cp:

sehingga Cp dalam Btu/Lb mole. F:

h k d d


32/42

Contoh: konversi buangan padat menjadi gas yangtidak berbahaya dapat dikerjakan melaluipembakaran sampah. Namun gas buangan harus di

dinginkan atau diencerkan dengan udara. Studikelayakan ekomomi menunjukkan bahwa sampahpadat kota dapat dibakar menjadi gas dengankomposisi berikut:

CO2 9.2%

CO 1.5%

O2 7.3%

N2 82%

berapa perubahan entalpi untuk gas ini per lb molantara bagian atas dan bawah cerobong jika suhubagian bawah cerobong 550 F dan bag. atas 200 F?


33/42

Basis 1 lb mol gas

Persamaan Cp (Btu/Lb mole.F)

Persamaan Cp dikalikan dengan mol fraksi:


34/42


35/42

PENGGUNAAN TABEL UAP

Uap didinginkan dari 640 F dan 92 psia sampai480 F dan 52 psia. Berapa dalam Btu/lb?

Untuk memperoleh entalpi maka harus dilakukaninterpolasi tabel uap:


36/42

APLIKASI ENERGI BALANCETANPA TERJADINYA REAKSI Closed sistem. Untuk sistem tertutup dimana tidak

ada aliran m1=m2 =0 sehingga

jika tidak ada akumulasi :

Open sistemdengan heat transfer (steady sate):

dengan EK, Ep, W lebih kecil daripada H sehinggadapat diabaikan (contoh: sistem heat exchanger)


37/42

Open steady state sistem no heat transfer

contoh: aplikasi perhitungan pompa


38/42

Analisa energi balance

Soal: Lakukan analisa energi balance untukmenghitung perubahan entalpi dari masing-

masing segmen


39/42

Air sedang dipompa dari dasar sumur dengankedalaman 15 ft pada laju 200 gal/hr ke dalam

tangki penyimpanan yang berada 165 ft di ataspermukaan tanah. Untuk mencegah pembekuansebuah kalor dipasok sebesar 30000 btu/jam kedalam air selama perpindahannya dari sumur ketangki. Klor hilang dari sistem sebesar 25000

Btu/jam. Jika suhu air dari sumur 35 F dan dayapompa 2 hp dengan efisiensi 55%, berapa suhu airmasuk tangki?


40/42

SKETSA SISTEM


41/42

SOAL

Uap memasuki peti uap, yang terpisah daribiomassa tersebut, dalam sebuah reaktor, pada250 C jenuh. Dan diembunkan dengan sempurnadalam peti uap. Laju kehilangan kalor dari peti ke

sekitarnya 1.5 kj/s. reaktan diletakkan dalamwadah pada suhu 20 C dan pada akhir pemanasanmateri tersebut pada suhu 100 C. jika bebanterdiri dari 150 kg materi dengan Cp 3.26 J/g.K.berapa kg uap yang dibutuhkan per Kg beban?

Materi tetap di wadah reaksi selama 1 jam


42/42

Sketsa sistem

AZAS TEKNIK KIMIA (1).pdf

Documents

Transcript of AZAS TEKNIK KIMIA (1).pdf