7.neraca_energi_tanpa_reaksi_kimia_3

8/12/2019 7.NERACA_ENERGI_TANPA_REAKSI_KIMIA_3

1/21

NERACA ENERGI TANPA REAKSI KIMIA

1

Pertemuan 7


2/21

SISTEM MULTIKOMPONEN2

Jika sistem melibatkan multikomponen, maka untuksetiap aliran berlaku sifat pencampuran.

m = m1+ m2+ ...... + mi= imi

m1= y1.m ; m2= y2.m ; .... mi= yi.mdengan m1, m2, ...., mi= laju alir komponen 1, 2, ...i

(penyusun aliran)

y1, y2, ...., yi= komposisi dalam fraksi mol

atau fraksi massa.


3/21


Untuk sifat milik aliran (dianggap campuran ideal)

kapasitas panas campuran untuk keseluruhan

aliran.

Cp = y1.Cp1+ y2.Cp2+ ..... + yi.Cpi= i(yi.Cpi)

entalpi campuran

h = i(yi.hi)

Sehingga perhitungan neraca energi

multikomponen dapat diselesaikan dengan dua

cara atas dasar kaidah perhitungan sifat

campuran.


4/21


Cara pertama

1. menghitung sifat campuran aliran.

2. menghitung neraca energi dengan memandang aliransecara keseluruhan dengan sifat campuran yang telahdihitung tersebut.

Cara kedua

1. menghitung neraca energi masing-masing komponen.

2. neraca energi keseluruhan adalah jumlah hasilperhitungan neraca energi masing- masing komponentersebut.


5/21

SIFAT NERACA ENERGI5

Persamaan neraca energi merupakan persamaan non-linier

dalam laju aliran komponen dan temperatur, yaitu bahwa

persamaan ini mengandung suku dengan perkalian laju alir

(m) dan entalpi sebagai fungsi temperatur (h).

- jika temperatur semua aliran diketahui, maka persoalannyamenjadi persamaan linier seperti yang dilakukan dalam

neraca massa.

- jika temperatur salah satu aliran atau lebih tidak diketahui,

maka permasalahannya adalah persamaan non-linier dalamtemperatur. Penyelesaian soal biasanya dilakukan dengan

coba-coba (trial and error).

- jika temperatur aliran tidak diketahui, tetapi ketergantungan

entalpi atau kapasitas panas terhadap temperatur diabaikan,

maka persoalannya menjadi lebih sederhana.


6/21


Persamaan neraca energi bersifat homogen (sepertipersamaan neraca massa), artinya:

- jika m.h = Q W

- maka .m.h = .Q .W

= sembarang faktor pengali

.Q .W =

Sifat homogenitas ini dimanfaatkan dalammenyelesaikan masalah dengan menggunakan basisperhitungan. Basis perhitungan ini dapat ditetapkansembarang laju alir F, Q, atau W dengan tujuan untukmemudahkan perhitungan.


7/21


Persamaan neraca energi dapat diselesaikan dengan temperatur

acuan pada keadaaan salah satu aliran. Jika temperatur acuan

yang diambil sebesar Tr maka persamaan neraca energi

menjadi:

Dengan pemilihan temperatur salah satu aliran yang tepat

sebagai temperatur acuan, penyelesaian neraca energi sering

menjadi lebih sederhana karena semua termyang berhubungan

dengan aliran tersebut akan menjadi nol


8/21

NERACA ENERGI DALAM PENUKAR

PANAS8

Penukar panas (heat exchanger) berfungsi untuk

memindahkan panas dari satu aliran ke aliran lain.

Di dalam penukar panas paling tidak ada dua

aliran yang terlibat, yaitu:1. Aliran panas yang melepaskan panas

2. Aliran dingin yang meyerap panas

Kategori penukar panas adalah:-Kondensor (salah satu aliran mengalami kondensasi)

-Evaporator (penguapan)

-Boiler (penguapan dan pembakaran)


9/21


PANAS9

Diagram alir penukar panas dua sistem

Aliran Panas

Aliran Dingin

mHTH,2

mHTH,1

Q

mCTC,1

mCTC,2


10/21


PANAS10

Diagram alir penukar panas satu sistem

Penukar Panas

m2T2

m1T1

m3T3

m4T4


11/21


PANAS11

Penyelesaian neraca energi penukar panas dapat dilakukan

dengan dua cara berikut:

1. Cara pertama (dua sistem)

setiap aliran dipandang sebagai sistem tersendiri.

setiap sistem memiliki satu neraca energi dengan satu variabelsistem Q.

satu sistem dengan sistem yang lain berinteraksi melalui

variabel Q

Neraca entalpi aliran panas: mH.(hH,2hH,1) = QH Neraca entalpi aliran dingin: mC.(hC,2hC,1) = QC

jika penukar panas adiabatik, maka|QH| - |QC| = 0

jika penukar panas non-adiabatik, maka|QH| - |QC| = Qloss


12/21


PANAS12

2. Cara kedua (satu sistem)

Semua aliran dipandang sebagai satu sistem dengan banyak

pemasukan (aliran masuk lebih dari satu, dan aliran keluar

juga lebih dari satu).

Seluruh sistem penukar panas hanya memiliki satu persamaanneraca energi.

jika penukar panas adiabatik, maka

m1h1+ m3.h3= m2h2+ m4.h4

jika penukar panas non-adiabatik, maka(m2h2+ m4.h4) (m1h1+ m3.h3) = Q


13/21


14/21

Penyelesaian (Proses dua komponen)

14

Basis: 1 kg/s campuran

HEATER

Q (kJ/kg)

1 kg/s

150 K

5 bar

0,6 kg C2H6/s0,4 kg C4H10/s

1 kg/s

200 K

5 bar

0,6 kg C2H6/s0,4 kg C4H10/s

Tidak ada neraca massa yang diperlukan karena hanya satu aliranmasuk & satu aliran keluar

Tidak ada reaksi kimia

(Ek + Ep + H) m = Q WNeraca Energi

Q= m. H

W = 0 (tidak ada yang berpindah)

Ek = 0 , Ep = 0


15/21

Penyelesaian (Proses dua komponen)

15

Sehingga:


16/21

Contoh Soal-216

Dua aliran air dicampur untuk membentuk air umpanboiler dengan data-data prosesnya sbb:

Aliran umpan-1 120 kg/min 30oC

Aliran umpan-2 175 kg/min 65o

CTekanan boiler 17 bar (absolut)

Steam keluaran yang timbul melalui sebuah pipa dengandiameter dalam (ID) 6 cm. Hitung panas masuk yang

dibutuhkan boiler dalam kJ/min jika steam yang timbultersebut adalah saturated pada tekanan boiler. Asumsienergi kinetik aliran masuk diabaikan


17/21

Penyelesaian:17

BOILER

Panas masukQ (kJ/min)

120 kg H2O(l) /min30oC, H = 125,7 kJ/kg

175 kg H2O(l) /min

65oC, H = 271,9 kJ/kg

295 kg H2O(v) /min

17 bar saturated (204oC)

H = 2793 kJ/kg

6 cm ID pipa

(Ek + Ep + H) m = Q WNeraca Energi

Sistem terbuka

Q= m (H + EK)

W = 0 (tidak ada kerja yang dihasilkan)

Ep = 0 (asumsi umum tidak ada

perbedaaan ketinggian)

Penentuan H


18/21

Penyelesaian:18

Penentuan Ek

Steam saturated pada 17 barV = 0,1166 m3/kgSehinga luas penampang pipa dengan diameter dalam (ID) 6 cm,

adalah:

Kecepatan steam


19/21

Penyelesaian:19

Karena Ek aliran masuk diabaikan, maka:

Sehingga:

Q= H + Ek

= (7,61x105+ 6,02x103) kJ/min

= 767020 kJ/min


20/21

Contoh Soal-320

Sebanyak 500 kg/jam uap digunakan untuk menggerakan

turbin. Uap yang masuk ke turbin pada kondisi tekanan 44

atm dan suhu 450oC dengan kecepatan linier 60 m/s. Dan

keluar pada titik 5 meter di bawah aliran masuk turbin

dengan kondisi tekanan 1 atm dan kecepatan 360 m/s. Turbinmenghasilkan kerja poros (shaft work) sebesar 70 kW dan

panas yang hilang (keluar) dari turbin sebesar 104kcal/jam.

Hitung perubahan entalpi dari proses tersebut

Diketahui:1 N = 1 kg.m/s2

1 W = 1 Nm/s = 1 J/s

g = 9,81 N/kg

1 J = 0,239x10-3kcal


21/21

Kuis21

Sebanyak 100 kg steam masuk ke dalam penukar

panas pada suhu 500 K dengan kecepatan linier

20 m/s dan harga entalpi 2715,6 J/kg. Aliran

steam ini keluar pada suhu 200 K dengankecepatan linier 15 m/s dan harga entalpi 2550,1

J/kg. Jika proses berlangsung secara adiabatic,

hitunglah ketinggian antara aliran masuk dan aliran

keluar steam tersebut.

1 J = 1 kg m2/s2

7.neraca_energi_tanpa_reaksi_kimia_3

Documents