Copy_modul8.pdf

Perpindahan Massa KULIAH #1 Ir. Bambang Bintarto, MT M. Th. Kristiati. EA, ST, MT

11/1/2017

Prepared by m.th.

1

Materi I. II. III.

11/1/2017

Dasar-dasar Perpindahan Massa. Perpindahan Massa Antar Fasa Peralatan Perpindahan Massa

Prepared by m.th.

2

Deskripsi : Mata kuliah ini mempelajari tentang konsep perpindahan massa, perpindahan massa antar fasa dan peralatan perpindahan massa

11/1/2017

Prepared by m.th.

3

Tujuan Instruksional Umum Setelah mengikuti mata kuliah ini mahasiswa diharapkan mengetahui konsep perpindahan massa, memahami tentang kapasitas perpindahan massa serta mengerti tentang peralatan untuk perpindahan massa

11/1/2017

Prepared by m.th.

4

Tujuan Instruksional Khusus  Mahasiswa diharapkan mengerti tentang definisi dan terminologi dalam perpindahan massa  Mahasiswa mengetahui tentang konsep perpindahan massa

11/1/2017

Prepared by m.th.

5

DASAR-DASAR PERPINDAHAN MASSA  Perpindahan Massa Molecular  Difusivitas gas, liquid dan solid  Kapasitas perpindahan massa gas-cairan

11/1/2017

Prepared by m.th.

6

FLUIDA : Sebagai suatu zat yang mengalami deformasi (perubahan bentuk) secara terus menerus oleh adanya AKSI dari suatu shear stress. Bila fluida DIAM, shear stress = 0

11/1/2017

Prepared by m.th.

7

FLUIDA  GAS dan CAIRAN FLUIDA  “Gelas” diklasifikasikan sebagai FLUIDA, pada suhu normal laju deformasi sangat kecil, sehingga pertimbangan unt disebut fluida tidak berlaku

11/1/2017

Prepared by m.th.

8

SATUAN  Hub antara gaya dan massa dapat diekspresikan dengan pernyataan sbb : Hukum NEWTON II : gc = 32,2 lbm ft/s2lbf

11/1/2017

F Prepared by m.th.



m .a gc 9

PERPINDAHAN MASSA MOLEKULER  Transport massa secara makroskopis, dan tidak tergantung setiap konveksi didalam sistem, disebut DIFFUSI MOLEKULER (molecular diffusion)

11/1/2017

Prepared by m.th.

10

THE FICK RATE EQUATION : Hukum transfer massa yang memperlihatkan hubungan antara FLUX dari diffusi suatu zat dan GRADIEN KONSENTRASI “transfer massa”

11/1/2017

Prepared by m.th.

11

KONSENTRASI : Mol Species A

Mol Species C

Mol Species B

Gambar 1. Elemen Volume Yang Mengandung Campuran Multikomponen

11/1/2017

Prepared by m.th.

12

KONSENTRASI :  Unt komponen A, konsentrasi massa, A, didefinisikan sebagai massa A dibagi dengan satu unit volume campuran  Total konsentrasi massa atau density, , adalah total massa dari campuran yang terkandung dalam unit volume

11/1/2017

Prepared by m.th.

13

KONSENTRASI : n

  

1

(1)

i 1

n = jumlah komponen dalam campuran

11/1/2017

Prepared by m.th.

14

KONSENTRASI :  Fraksi massa,  A,

adalah konsentrasi massa komponen A dibagi dgn total densitas massa :

A

A A  n    1

i 1

…………….. (2)

11/1/2017

Prepared by m.th.

15

KONSENTRASI :  Secara definisi jumlah fraksi massa adalah = 1

n



i

1

i 1

11/1/2017

Prepared by m.th.

16

KONSENTRASI :  Konsentrasi molar komponen A, CA, didefinisikan sebagai jumlah mol komponen A yang ada dalam setiap unit volume campuran. Konsentrasi massa dan konsentrasi molar mempunyai hubungan sbb :

C

A

n



A M



A

m M

MA = Berat molekul komponen A 11/1/2017

Prepared by m.th.

17

KONSENTRASI :  Untuk fasa gas, konsentrasi sering dinyatakan dalam term TEKANAN PARSIAL.  Untuk gas ideal berlaku :

P AV 11/1/2017

Prepared by m.th.

 n A RT 18

KONSENTRASI : Sehingga konsentrasinya adalah :

C

A



nA V



PA RT

PA = Tekanan parsial komponen A adalam campuran nA = Jumlah mol komponen A V = Volume gas T = Temperatur Absolut R = Konstanta gas

11/1/2017

Prepared by m.th.

19

KONSENTRASI :  Total konsentrasi molar C, adalah total mol campuran yang terkandung didalam suatu unit volume :

n

C

 C i i 1

11/1/2017

Prepared by m.th.

20

KONSENTRASI :  Untuk campuran gas, yang mengikuti gas ideal,

C



n total V



P RT

Dimana P adalah tekanan total

11/1/2017

Prepared by m.th.

21

KONSENTRASI :  Fraksi mol untuk campuran cairan atau padat, XA, dan untuk campuran gas YA, adalah konsentrasi molar komponen A, dibagi dengan total density molar

X

A



C

A

C

(Liquid dan solid)

YA



C

A

C

(Gas)

11/1/2017

Prepared by m.th.

22

KONSENTRASI :  Untuk camp gas yang mengikuti gas ideal, fraksi mol YA ditulis dalam term tekanan

YA



CA C

PA



P

RT



PA

RT

P

Pers diatas merepresentasikan HUKUM DALTON Untuk campuran gas 11/1/2017

Prepared by m.th.

23

KONSENTRASI : Jumlah fraksi mol secara definisi harus sama dengan 1 n

X i 1

11/1/2017

i

1

n

Y

i

1

i 1

Prepared by m.th.

24

Contoh 1 : Komposisi udara seringkali diberikan dlm dua term camp gas berikut : Oksigen, O2, YO2 = 0,21 Nitrogen, N2, YN2 = 0,79 Tentukan fraksi massa oksigen dan nitrogen dan berat molekul rata-rata udara bila udara berada pada 25o (298 K) dan 1 atm (1,013 x 105 Pa) Berat molekul oksigen 0,032 kg/mol Berat molekul nitrogen 0,028 kg/mol 11/1/2017

Prepared by m.th.

25

Penyelesaian : Sbg basis perhit diambil/diasumsi 1 mol campuran gas Jumlah oksigen = (1 mol)(0.21)= 0.21mol = (0.21 mol)0.032 kg/m = 0.00672 kg Jumlah nitrogen = (1 mol)(0.79)= 0.79mol = (0.79 mol)0.028 kg/m = 0.0221 kg Jumlah massa = 0.00672 + 0.0221 = 0.0288 kg  O2  0.00672/0.0288  0.23  N2  0.0221/0.0288  0.77

11/1/2017

Prepared by m.th.

26

Penyelesaian :  Karena 1 mol camp gas mempunyai massa 0.0288 kg, maka berat molekul rata-rata harus = 0.0288  Kita ketahui, bahwa dalam perhitungan (+ komponen-komponen lain selain O2 & N2), berat mol udara adalah 0.029 kg/mol

11/1/2017

Prepared by m.th.

27

Penyelesaian :  Problem ini juga dapat diselesaiakan dengan Hukum gas ideal, PV = nRT Pada kondisi ideal : T = 0 oC atau 273K P = 1 atm atau 1.013 x 105 Pa

11/1/2017

Prepared by m.th.

28

Penyelesaian :  Konstanta gas R adalah : R



PV nT



5

(1 kg mol)(273K)

 8 . 314

11/1/2017

3

(1 . 013 x 10 Pa )( 22 , 4 m )

Pa.m

3

mol K

Prepared by m.th.

29

Penyelesaian :  Volume campuran gas pada 298 K adalah : V



nRT P



(1 mol)(8.314

Pa m

3

mol K

1 . 013 x 10

5

)( 298 K )

Pa

= 0.0245 m3

11/1/2017

Prepared by m.th.

30

Penyelesaian :  Konsentrasinya adalah : CO

CN

11/1/2017

2

2

 

0 . 21 mol 0 . 0245 m

3

0 . 79 mol 0 . 0245 m

Prepared by m.th.

3

 8 . 57

mol O

 32 . 3

mol O

m

m

2

3

2

3

31

Penyelesaian :  Total density, , adalah :

M

11/1/2017



 C



1 . 180 kg/m

3

40 , 9 mol/kg

Prepared by m.th.

 0 . 0288

kg/mol

32

Penyelesaian :  Sehingga berat molekul :

M

11/1/2017



 C



1 . 180 kg/m

3

40.9 mol/m

3

 0 . 0288

Prepared by m.th.

kg/mol

33

Tabel Konsentrasi A dan B dalam Campuran Biner Konsentrasi Massa ρ = total densitas massa dalam campuran ρA = densitas massa dari A ΡB = densitas massa dari B ωA = fraksi massa dari A = ρA/ρ ωB = fraksi massa dari B = ρB/ρ ρ = ρA + ρB 11/1/2017

1 = ωA + ωB

Prepared by m.th.

34

Konsentrasi Molar Campuran solid atau liquid

Campuran gas

c = densitas molar dari

c = n/V = P/RT

campuran = n/V cA = densitas molar dari A = nA / cA = nA/V = pA/RT V CB = densitas molar dari B =

CB = nB/V = pB/RT

nB/V xA = fraksi mol dari A

yA = cA/c = nA/n = pA/P

= cA/c = nA/n X = fraksi mol dari B

11/1/2017 B

y = cB/c = nB/n = pB/P

Prepared by m.th. B

35

Interrelation ρ A = c A MA xA atau atau

11/1/2017

Prepared by m.th.

36