![Termodinamika Pemicu 2 [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/termodinamika-pemicu-2.jpg)
12 0 1 MB
Makalah Termodinamika Pemicu II Energi dan Hukum Termodinamika I
Kelompok 6 Anggota : 1. Dyah Kunti Surya Andari (1606951191) 2. Kelvin (1506746153) 3. Kuntum Khaira U.M (1506717935) 4. Mufiid Fatkhurrahman (1606951216) 5. Togi Elyazeer Sinaga (1506738385)
Fakultas Teknik Universitas Indonesia Depok 2017
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I) KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami tuturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas izin-Nya kami dapat menyelesaikan makalah βPemicu II : Energi dan Hukum Termodinamika Iβ ini dengan baik dan tepat waktu. Kami juga mengucapkan terima kasih kepada ibu Praswasti PDK Wulan, selaku dosen mata kuliah Termodinamika kami, yang telah menjadi fasilitator dalam proses belajar kami. Kami berharap makalah ini dapat berguna serta menambah pengetahuan bagi yang membaca ataupun kami sendiri. Tidak ada gading yang tak retak, karena itu kami menyadari adanya kekurangan dalam makalah ini. Untuk itu kami mengharapkan adanya kritik dan saran demi perbaikan untuk makalah atau tugas kami di masa mendatang, mengingat tidak ada sesuatu yang sempurna tanpa saran yang membangun. Akhir kata, kami mohon maaf atas kekurangan dari makalah ini. Semoga makalah ini dapat bermanfaat untuk siapapun yang membacanya.
Depok, Maret 2017
Penulis
Kelompok 6
2
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I) DAFTAR ISI
Kata Pengantar ............................................................................................................... 2 Daftar Isi .......................................................................................................................... 3 Daftar Gambar ................................................................................................................ 3 Daftar Tabel .................................................................................................................... 4 Soal dan Jawaban 1 ........................................................................................................ 5 Soal dan Jawaban 2 ...................................................................................................... 12 Soal dan Jawaban 3 ...................................................................................................... 13 Soal dan Jawaban 4 ...................................................................................................... 14 Soal dan Jawaban 5 ...................................................................................................... 16 Soal dan Jawaban 6 ...................................................................................................... 18
DAFTAR GAMBAR Gambar 1 ......................................................................................................................... 5 Gambar 2 ......................................................................................................................... 7 Gambar 3 ......................................................................................................................... 8 Gambar 4 ....................................................................................................................... 10 Gambar 5 ....................................................................................................................... 11 Gambar 6 ....................................................................................................................... 12 Gambar 7 ....................................................................................................................... 13 Gambar 8 ....................................................................................................................... 14 Gambar 9 ....................................................................................................................... 18 Kelompok 6
3
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I) DAFTAR TABEL
Tabel 1 .............................................................................................................................. 9 Tabel 2 ............................................................................................................................ 10 Tabel 3 ............................................................................................................................ 16 Tabel 4 ............................................................................................................................ 17 Tabel 5 ............................................................................................................................ 17 Tabel 6 ............................................................................................................................ 19 Tabel 7 ............................................................................................................................ 19 Tabel 8 ............................................................................................................................ 19
Kelompok 6
4
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I) 1. Jelaskan bagaimana kita bisa memperkirakan kapasitas panas gas monoatomik dan poliatomik ideal sebagai fungsi temperatur (Ar, H2O dan CO2) berdasarkan prinsip ekuipartisi. Plot nilai-nilai teoritis dan membandingkannya dengan nilai yang Anda diperoleh dengan menggunakan persamaan kapasitas panas gas ideal dan parameter yang diberikan di Smith dan van Ness atau Moran dan buku Shapiro. Pelajari diagram yang diberikan di bawah ini. Jelaskan mengapa ada diskontinuitas dalam plot kapasitas panas air.
Gambar 1. Diagram Cpm terhadap temperatur Hitung panas yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu 1 mol gas metana 300800 K menggunakan data yang ditampilkan. Apakah Anda pikir itu masuk akal untuk mengasumsikan kapasitas panas yang konstan untuk rentang suhu seluruh? Berdasarkan gambar (1) di atas menyatakan hubungan antara T dengan Cp,m . Equipartisi berhubungan dengan energi bahwa setiap derajat kebebasan yang muncul pada energi total memiliki besar nilai 12 kBT. kB merupakan konstanta boltzman dan T merupakan suhu. Prinsip tersebut jug amenghubungan molekul dari gas mono dan polidiatomik yang mengandung sebanyak n partikel. Nilai energi dalam dari gas monoatomik ideal yang mengandung sebanyak n partikel, dinyatakan dengan 32 nkBT. Hal ini berarti bahwa setiap partikel memiliki rata-rata 32 kBT unit energi.Partikel monoatomik memiliki tiga derajat kebebasan translasional, sesuai dengan gerakannya dalam tiga dimesi. Partikel monoatomik tidak memilki derajat kebebasan dari gerak Kelompok 6
5
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I) rotasi ataupun vibrasi. Sehingga energi yang ditunjukkan dari gas monoatomic adalah setengah kBT. Perbedaan dari monoatomik dan poliatomik yaitu terletak pada energi dalamnya. Energi dalam dapat dinyatakan sebagai: π= π 12ππ
π =π 12πππ Persamaan di atas memuat (f) adalah derajat kebebasan untuk setiap gerakan tersebut. Maka, energi internal total dari sistem dapat dinyatakan sebagai: ππ‘ππ‘ππ=ππ‘ππππ +ππππ‘+ππ£ππ
Derajat Kebebasan dan Energi Dalam
Gas Monoatomik Gas monoatomik merupakan gas yang tersusun dari atom tunggal (contoh; He, Ne, Ar), memiliki kapasitas panas yang kecil karena hanya memiliki sedikit derajat kebebasan. Atom-atomnya dapat bebas bertranslasi pada 3 arah yaitu arah x-, y-, ataupun z. Gerakan translasional menghasilkan tiga derajat kebebasan. Namun, partikel monoatomik tidak memiliki gerakan vibrasi atau rotasi. Oleh karena itu jumlah total dari derajat kebebasan untuk sistem monoatomik adalah 3. Setelah mengetahui derajat kebebasannya nilai energi dalam dapat dihitung dengan menggunakan teorema equipartisi yang memiliki bentuk umum sebagai berikut;
ππ
( ππ) ( π
π).....(1)
Gas monoatomik hanya memiliki 3 derajat kebebasan maka nilai energi dalam apabila ditinjau menurut teorema equipartisi adalah;
ππ
U=
( ππ) ( ππ
π)
3 nRT.....(2) 2
Gas Poliatomik Linear Molekul poliatomik bentuk linear, terdapat gerakan translasi pada arah x-, y-, dan z. Kelompok 6
6
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I) Sehingga nilai derajat kebebasan untuk gerak translasi ini adalah;
doftrans = 3 Bentuk poliatomik juga memungkinan untuk sumbu gerak rotasi karena berimpitan dengan ikatannya dan tegak lurus dengan ikatannya. Sehingga nilai derajat kebebasan untuk gerak rotasi ini adalah;
dofrot = 2 Maka untuk gerak vibrasi persamaan dari derajat kebebasannya dapat ditulis sebagai berikut. ( π
ππ
)
Sehingga, nilai dari total energi dalam menjadi; Uο½
ο¦ 3 ο¦1 οΆοΆ nRT ο« nRT ο« ο§ο§ ο¨3N ο 5ο©ο§ nRT ο· ο·ο· 2 ο¨2 οΈοΈ ο¨
Gas Poliatomik Non-Linear Molekul poliatomik non-linear, terdapat pula kemungkinan gerak translasional pada arah x-, y-, dan z. Namun, terdapat perbedaan pada banyaknya kemungkinan dalam gerak rotasinya.
Gambar 2. Ilustrasi Molekul Poliatomik Non-Linear
Berdasarkan gambar () terdapat tiga sumbu rotasi, yakni saat berimpitan dengan AB, berimpitan dengan BC, dan saat tegak lurus dengan AB dan BC. Sehingga nilai derajat kebebasan untuk gerak rotasi ini adalah; ππ Maka untuk jumlah gerakan vibrasi dapat ditentukan dengan persamaan di bawah ini dof = (3N-6) . Sehingga, nilai dari total energi dalam menjadi; π
Kelompok 6
ππ
π
π
π
(( π
) ( ππ
π))
7
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I) Kapsitas panas mempunyai satuan kJ/kgoC atau kJ/kgK yang dapat dianggap menjadi suatu satuan yang sama karena satuan Celsius atau Kelvin merupakan satuan dari dimensi temperatur dengan penghitungan yang menunjukkan nilai selisih, atau delta ( ) dari suhu awal dan suhu akhir. Perbedaan kedua satuan ini yang terletak pengkonversian temperatur berderajat celsius menjadi kelvin dengan cara menambahkan nilai 273 ke temperaturnya menjadi insignifikan karena misal pada suhu awal 10oC dan suhu akhir 20oC, nilainya delta dalam temperatur bersatuan Kelvin maupun Celsius nilainya akan tetap sama karena perbandingan selisih titik beku dan titik didihnya sama. π π
π
π π
π (
o
C β 10 oC = 10 oC
)
β(
)K = 10 K
Satuan kapasitas panas yang menggunakan basis molar adalah salah satu unit intensif dari kapasitas kalor, yaitu kapasitas kalor molar. Kapasitas kalor molar merepresentasikan energi yang dibutuhkan untuk menaikkan satu derajat temperatur untuk satu mol substansi tertentu. Diskontinuitas mempunyai dua plot yaitu dalam plot kapasitas air dalam tekanan konstan atau dalam plot Cp terhadap temperatur terjadi karena adanya perubahan fasa. Perubahan fasa ini terjadi dan dapat menyebabkan perubahan entalpi spesifik karena yang menyebabkan Cp berubah secara signifikan seiring terjadinya perubahan fasa. Hal ini didukung dengan Cp sebagai fungsi dari entalpi.
Gambar 3. Grafik Cpm terhadap Temperatur Temperatur 0 sampai sekitar 273 K nilai dari Cpm air meningkat sebanding dengan kenaikan grafik yang relatif konstan. Berdasarkan grafik diatas kenaikannya yang relatif konstan, menunjukkan bahwa semakin tinggi temperatur es, maka Cpm -nya juga akan Kelompok 6
8
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I) meningkat. Setelah mencapai suhu 273 K, Cpm air mengalami diskontinuitas dan membuat suatu garis grafik baru yang peningkatannya drastis dari Cpm sebelumnya (diskontinuitas). Peningkatan Cpm in disebabkan oleh terjadinya perubahan fasa air, dari padat (es) menjadi cair(air). Suhu 273 K sampai 373 K, Cp air masih berada pada grafik tertinggi yang nilai Cpm -nya bernilai 18 cal/mol K tahap ini (273-373 K), air berada dalam fasa cair. Setelah 373 K Cpm air kembali mengalami penurunan drastis (diskontinuitas). Gas metana merupakan gas poliatomik non-linear sehingga kita menggunakan enilai energi dalam untuk gas poliatomik non-linear yang nilai kapasitas panas sebagai berikut; π
π
π
π
π
π π
π
π
π
π
π
π
π
π
π
π
Berdasarkan perhitungan ekuipartisi diperoleh nilai Cp = 8,5 R. Berdasarkan prinsip ekuipartisi energi, tampak bahwa pada tekanan tetap, suatu molekul CH4 memiliki nilai kapasitas kalor tekanan tetap (cp) sebesar 8,5R. Nilai tersebut dianggap konstan di setiap suhu.
Temperatur
Cp/R
(K)
Kelompok 6
300
8,512
400
9,656
500
11,048
600
12,451
700
14,401
700 800
6.99834 15,002
9
Cp (cal/mol K)
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I)
16.000 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0
y = 13,307x + 4418 RΒ² = 0,9993
0
500
1000
Temperature (K)
Gambar 4. Grafik Kapasitas Kalor Isobarik Metana
Kapasitas Panas Cp dapat dihitung dengan menggunakan formula berikut;
Cp R
= A + BT + CT 2 + DT -2
A, B, C, dan D merupakan konstanta yang untuk setiap gas, serta nilai T merupakan suhu. Terdapat berbagai nilai setiap bahan pada table C.1 Heat Capacities of Gases in the IdealGas State maka didapatkan nilai konstanta A, B, C, dan D sebagai berikut: A = 1.702, B = 9.081 x 10-3, C = -2.164 x 10-6, dan D = 0 Nilai tersebut disubstitusikan dengan rentang suhu dari 300 K hingga 800 K. Kemudian dengan menggunakan bantuan Ms. Excel, kita bisa mendapatkan hasil kalkulasi nilai Cp/R untuk setiap nilai temperatur.
Kelompok 6
Temperatur (K)
Cp/R
300
4.23154
400
4.98816
500
5.7015
600
6.37156
700 800
6.99834 7.58184
10
Cp (cal/mol K)
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I)
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
y = 0,0067x + 2,2997 RΒ² = 0,9974
0
500
1000
Temperature (K)
Gambar 5. Grafik Kapasitas Kalor Isobarik Metana Persamaan Kapasitas Kalor Gas Ideal
Berdasarkan Grafik 1dan Grafik 2 dihubungkan dengan Cp dari prinsip ekuipartisi energi bahwa pada suhu dibawah 300 K, molekul sudah dapat melakukan gerak translasi. Pada suhu sekitar 450 K, molekul sudah melakukan gerak rotasi, sedangkan pada suhu di atas 800 K, molekul baru dapat melakukan gerak vibrasi. Dengan demikian, kita tidak bisa mengasumsikan bahwa di setiap temperatur nilai kapasitas panas adalah konstan. Hal ini dikarenakan umumnya, pada setiap senyawa, ketika temperaturnya dinaikkan, maka nilai kapasitas panasnya pun akan naik seperti yang terjadi pada gas diatomik maupun poliatomik, sesuai dengan teorinya bahwa dengan meningkatnya suhu maka kalor yang diberikan akan terdistribusi menjadi gerakan, sehingga nilai energi dalam akan bertambah. Nilai kapasitas panas dari metana dengan menghitung luas area yang dihasilkan. Area berbentuk trapesium dengan masing-masing sisi sejajarnya berukuran; 4.23154 J/mol K dan 7.58184 J/mol K sedangkan tingginya ditunjukkan dengan nilai rentang temperatur, yaitu (800-300) K = 500 K.
maka, L
Kelompok 6
(
J mol K
J mol K)
K
J mol
11
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I) Sehingga didapatkan hasil kapasitas panas dari metana adalah sebesar 2953.345 Joule per mol metana bahwa untuk setiap nilai suhu harga dari kapasitas panasnya adalah konstan. Hal tersebut karena dilihat dari grafik berbentuk linear menunjukkan nilai kapasitas panas dari metana meningkat atau berbanding lurus dengan meningkatnya temperatur.
2. Steam enters a nozzle with a low velocity at 150Β°C and 200 kPa, and leaves as a saturated vapor at 75 kPa. There is a heat transfer from the nozzle to the surroundings in the amount of 26 kJ for every kilogram of steam flowing through the nozzle. Determine (a) the exit velocity of the steam and (b) the mass flow rate of the steam at the nozzle entrance if the nozzle exit area is 0.001 m2.
Untuk memperoleh data entalpi spesifik dan volume spesifik (v1, h1. v2. dan h2), diambil tabel A-5 dan A-6 pada buku Thermodynamics: An Engineering Approach edisi kelima (Yunus A. Cengel). Diketahui bahwa kecepatan masuk uap sangat kecil, dapat diasumsikan bahwa V1 = 0 untuk mempermudah perhitungan.
Gambar 6. Sistem pada Nozzle
Μ
Μ
Μ Μ
Μ
Karena pada soal terdapat aliran kalor keluar, maka π
πΜ ( Μ x Kelompok 6
Μ
)
πΜ ( =
Μ
x(
Μ
π
πΜ ( π
π
)
) *
+) 12
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I) π
= 80.7 x 2 x 1000 π π π
= 401,75 m/s
Mass flow rate : πΜ =
xπ x
πΜ = πΜ = 0.18 kg/s
3. Refrigerant-134a enters an adiabatic compressor at 15 psia and 20Β°F with a volume flow rate of 10 ft3/s and leaves at a pressure of 100 psia. The power input to the compressor is 45 hp. Find (a) the mass flow rate of the refrigerant and (b) the exit temperature.
Gambar 7. Adiabatik Compressor Asumsi : ο·
Merupakan proses steady-state
ο·
Perubahan energi kinetik dan energi potensial diabaikan
ο·
Perpindahan panas diabaikan
Pada P = 15 psia dan T = 20Β°F didapatkan properti dari tabel sebagai berikut : v1 = 3,2468 ft3/lbm h1 = 106,34 Btu/lbm a. Laju alir massa refrigerant π π£
Kelompok 6
ππ‘ π ππ‘ πππ
πππ π
13
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I) b. Temperatur outlet Hanya ada satu inlet dan satu oulet maka αΉ1 = αΉ2 = αΉ. Maka neraca energi pada sistem steady state adalah sebagai berikut :
ππ
ππ’π‘
π ππ π‘ π
ππ
ππ’π‘
ππ ππ
(
π) (
π‘π’ π π
)
(
(
)
πππ π )(
π‘π’ πππ
)
π‘π’ πππ
Maka suhu pada P = 100 psia dan h2 = 116,6 Btu/lbm adalah 95,52Β°F
4. Kukus (steam) masuk alat penukar panas (HE) pada 1,4 Mpa dan 300 oC di mana kukus terkondensasi pada keluaran beberapa tube-tube. Kukus yang terkondensasi meninggalkan HE sebagai cairan pada 1,4 Mpa dan 150 oC dengan laju alir 5000 kg/hr. Kukus dikondensasi oleh air yang lewat tube-tube. Air masuk HE pada 20 o
C dan menyebabkan kenaikan suhu 20 oC pada sisi keluaran. Asumsikan HE
dalam keadaan adiabatis dan jelaskanlah laju alir air yang diperlukan.
Gambar 8. Heat Exchanger
Kelompok 6
14
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I) Asumsi: ο· Adiabatic (Q = 0) ο· Tidak ada kerja yang diberikan ataupun system tidak melakukan kerja (W = 0) ο· Tidak ada perbedaan kecepatan alir masuk dan keluar ο· Tidak ada perbedaan ketinggian ο· Sistem pada keadaan tunak (Steady State) ο· Air yang masuk maupun keluar pada tekanan atmosfer (1 atm). Ditanya: Laju alir (αΉ) air
Jawab: Neraca Energi pada proses adalah
(
)
(
)
(
)
Dengan menggunakan asumsi-asumsi yang telah diberikan, neraca energi menjadi
(
)
(
)
Maka, kita hanya mencari nilai masing-masing entalpi. Dengan menggunakan table properties of superheated water dan table properties of compressed water, didapatkan ο·
untuk steam pada keadaan 1,4 MPa dan 300oC = 3040,9 Kj/Kg.
ο·
untuk steam pada keadaan 1,4 MPa dan 150oC = 632,75 Kj/Kg
ο· ο·
untuk air pada keadaan 1 atm dan 20oC = 84,01 Kj/Kg. untuk air pada keadaan 1 atm dan 40oC = 167,62 Kj/Kg.
Dengan memasukkan semua nilai ke dalam neraca energi, didapatkan (
Kelompok 6
)
(
)
15
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I) (
)
Maka dibutuhkan 144,011 ton air untuk mendinginkan 5000 kilogram steam pada tiap jam.
5. Nitrogen cair disimpan dalam tangki logam 0,5 m3 yang diinsulasi dengan baik. Perkirakanlah proses pengisian tangki kosong yang awalnya mempunyai suhu 295 K. Nitrogen cair dicapai pada titik didih normal 77,3 K dan pada tekanan beberapa bar. Pada kondisi ini, entalpinya adalah β 120,8 kJ/kg. Saat katup dibuka, nitrogen mengalir masuk tangki saat evaporasi pertama kali terjadi dalam proses pendinginan tangki. Jika tangki mempunyai massa 30 kg dan logam mempunyai kapasitas panas speisifik 0,43 kJ/kg.K, Menurut anda berapakah massa nitrogen yang harus mengalir masuk ke dalam tangki hanya untuk mendinginkannya ke suhu yang membuat nitrogen cair mulai terakumulasi di dalam tangki ? Asumsikan bahwa nitrogen dan tangki selalu pada suhu yang sama. Sifat-sifat uap jenuh nitrogen (a saturated nitrogen vapor) pada beberapa suhu diberikan sebagai berikut : Tabel 3. Sifat- sifat Uap Jenuh Nitrogen pada Beberapa Suhu T/K 80 85 90 95 100 105 110
P / bar 1,396 2,287 3,600 5,398 7,775 10,83 14,67
Vv /m3 kg-1 0,1640 0,1017 0,06628 0,04487 0,03126 0,02223 0,01598
Hv/ kJ kg-1 78,9 82,3 85,0 86,8 87,7 87,4 85,6
Diketahui: Volume tanki = 0.5 m3 Entalpi = -120.8 kJ/kg Temperatur awal = 295 K Kapasitas panas spesifik= 0.43 kJ/kg* K Massa tanki = 30 kg T Uap = 100 C (Perkiraan) Dengan data tambahan: Kelompok 6
16
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I) Tabel 4. Sifat-sifat Uap Jenuh Nitrogen pada Beberapa Suhu T/K 80 85 90 95 100 105 110
v
P / bar 1,396 2,287 3,600 5,398 7,775 10,83 14,67
3
-1
v
V /m kg 0,1640 0,1017 0,06628 0,04487 0,03126 0,02223 0,01598
H / kJ kg 78,9 82,3 85,0 86,8 87,7 87,4 85,6
-1
Ketika nitrogen cair mulai berakumulasi di dalam tanki, terdapat nitrogen jenuh juga pada temperatur akhir, sehingga terdapat komponen: Mvapor , Tvapor, Vvapor, Hvapor, Uvapor Kemudian, sesuai dengan keadaan soal, didapat: Mvapor * Uvapor β Hinlet * Mvapor = Q = Mtank * C * Tvapor - T1 Mvap = Vtanki / Vvapor Menghitung U dengan U = (H- P*V)
Sehingga didapatkan: Tabel 5. Sifat-sifat Uap Jenuh Nitrogen pada Beberapa Suhu v
V /m -1 kg
3
v
H / kJ -1 kg
T/K
P / bar
80
1.396
0.164
78.9
85
2.287
0.1017
82.3
90
3.6
0.06628
85
95
5.389
0.04487
86.8
100
7.775
0.03126
87.7
105
10.83
0.02223
87.4
110
14.67
0.01598
85.6
U
78.671056 82.0674121 84.761392 86.55779174 87.4569535 87.1592491 85.3655734
Sehingga didapatkan jawaban : Uvapor * Tvap β Hinlet= Mtank * C * Tvapor - T1 * Vvapor * Tvapor / Vtank Tvapor = 97.924K Mvapor = 13.812 kg
Kelompok 6
17
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I) 6.
Gas metana dibakar secara sempurna dengan 30% udara berlebih pada tekanan atmosfer. Metana dan udara masuk tungku pada suhu 30oC jenuh dengan uap air, dan gas buang meninggalkan tungku pada 1500
o
C. Kemudian gas buang
melewati penukar panas dan keluar dari HE pada 50 oC. Dengan basis 1 mol metana, Hitunglah banyak panas yang hilang dari tungku, dan banyak panas yang ditransfer dalam penukar panas. Diketahui:
ο· Pembakaran sempurna antara gas metana dengan udara berlebih 30% (hanya O2 yang bereaksi dengan metana).
ο· Basis: 1 mol metana
Mula-mula
1 mol
x mol
-
Bereaksi
1 mol
2 mol
1 mol
2 mol
30%2 mol
1 mol
2 mol
Sisa:
-
-
Gambar 9. Pembakaran Gas Metana Ditanya: ο·
Q yang hilang pada proses pembakaran
ο·
Q yang ditransfer pada heat exchanger
Jawab: Mol
setelah pembakaran = 30%
2 mol
= 0,6 mol Mol
sebelum pembakaran = 2 mol + 0,6 mol = 2,6 mol
Kelompok 6
18
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I) Mol N2
= = 9,781 mol
Tabel 6. Komponen dengan jumlah mol reaktan sebelum pembakaran dan setelah melewati Heat Exchanger
Reaktan Komponen
Produk Komponen
mol
mol
CH4
1
CO2
1
O2
2,6
H2O
2
N2
9,781
O2
0,6
N2
9,781
Tabel 7. Entalpi pembakaran gas (Joule/mol) Temperatur (K) 298 303 323 1773
Metana 879 1063,7
Oksigen Nitrogen Karbondioksida Air 732 728 912 837 878,86 873,27 1471,26 1455,07 1886,91 1682,17 51416,03 48764,5 78825,09 61890,42
Tabel 8. Entalpi Pembentukan
ΞHf (J/gmol)
CH4
O2
N2
CO2
H2 O
-74840
0
0
-393510
-241826
1) Kalor yang hilang pada proses pembakaran Asumsi: ο·
Sistem pada tekanan konstan, yaitu tekanan atmosfer (1 atm)
ο·
Sistem tidak diberi kerja ataupun system tidak melakukan kerja
ο·
Tidak ada kerja yang diberikan ataupun system tidak melakukan kerja (W = 0)
ο·
Tidak ada perbedaan kecepatan alir masuk dan keluar Ξ
ο·
Tidak ada perbedaan ketinggian Ξ
ο·
Sistem pada keadaan tunak (Steady State)
Kelompok 6
19
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I) Neraca Energi pada proses tungku adalah
Dengan menggunakan asumsi-asumsi yang diberikan, maka
Entalpi yang akan kita gunakan sebagai referensi adalah entalpi pada 25oC dan tekanan 1 atm. [
]πππ π’π
[
]π πππ‘ππ
Produk ο·
[(
ο·
)
]
[(
ο·
=
ο·
)
[(
]
)
[(
] )
]
Maka
Reaktan ο·
[(
)
ο·
[(
)
ο·
[(
] ] )
]
Maka (
)
(
)
Maka kalor yang hilang untuk setiap pembakaran 1 mol metana adalah 102,05 kJoule
2) Kalor yang ditransfer pada Heat Exchanger Asumsi: ο·
Sistem pada tekanan konstan, yaitu tekanan atmosfer (1 atm)
ο·
Sistem tidak diberi kerja ataupun system tidak melakukan kerja
ο·
Tidak ada kerja yang diberikan ataupun system tidak melakukan kerja (W = 0)
ο·
Tidak ada perbedaan kecepatan alir masuk dan keluar Ξ
Kelompok 6
20
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I) ο·
Tidak ada perbedaan ketinggian Ξ
ο·
Sistem pada keadaan tunak (Steady State)
Neraca Energi pada proses tungku adalah
Dengan menggunakan asumsi-asumsi yang diberikan, maka
[
]
[
]
Tinjau untuk masing-masing komponen ο·
(
)
ο·
(
)
ο·
(
ο· Maka
(
) .
Maka kalor ditransfer dari system sebesar 690,05 kJoule.
Kelompok 6
21
Pemicu II ( Energi dan Hukum Termodinamika I) DAFTAR PUSTAKA
Smith, Van Ness, dan Abbott. 2001. Chemical Engineering Thermodynamics 6th edition. USA: Mc Graw Hill Moran, Michael dan Shapiro. 2006. Fundamentals of Engineering Thermodynamics 5th edition. USA: John Wiley Cengel dan Boles. 2002. Thermodynamics: An Engineering Approach 5th edition. USA Mc Graw Hill
Kelompok 6
22
