3.perhitungan_perubahan_entalpi

PERHITUNGAN PERUBAHAN ENTALPI

1

Pertemuan 3

PERSAMAAN UNTUK MENGHITUNG

PANAS PENGUAPAN 2

1. Persamaan Clausius-Clapeyron

2. Persamaan Chen

PERSAMAAN UNTUK MENGHITUNG

PANAS PENGUAPAN 3

3. Persamaan Riedel

4. Persamaan Watson

Contoh Soal 4

1. ∆Hv dari air pada 100oC adalah 2256,1 kJ/kg. Berapa

∆Hv air pada 600oK? Diketahui Tc = 647,4oK.

Digunakan persamaan Watson :

∆Hv600 = (0,513)(∆Hv373) = (0,513)(2256,1) = 1157 kJ/kg

Contoh Soal 5

2. Gunakan persamaan di bawah ini untuk menghitung ∆Hv

a. Persamaan Clapeyron

b. Persamaan Chen

c. Persamaan Riedel

Untuk menghitung panas penguapan dari acetone pada titik

didih normal, dan bandingkan dengan ∆Hv dari eksperimen

30,2 kJ/g mol (Appendix D Himmelblau)

Penyelesaian:

Dari appendix D Himmelblau didapat data sebagai berikut:

Titik didih normal = 329,2oK

Tc = 508,0oK

Pc = 47 atm

Contoh Soal (lanjutan) 6

a. Persamaan Clausius-Clapeyron

Note : Nilai B dan C diperoleh dari Appendix G Himmelblau

Contoh Soal (lanjutan) 7

b. Persamaan Chen

Contoh Soal (lanjutan) 8

c. Persamaan Riedel

KAPASITAS PANAS 9

Kapasitas panas adalah kebutuhan panas untuk

menaikkan satu satuan temperatur suatu benda.

Kapasitas panas merupakan sifat milik benda yang

bersangkutan dan nilainya tergantung pada

temperatur.

Ketergantungan kapasitas panas terhadap tekanan

relatif kecil dibandingkan kergantungannya

terhadap temperatur, karena kapasitas panas bisa

dianggap tidak tergantung tekanan.

KAPASITAS PANAS 10

Temp. K 300 400 800 900 1200

N2 6,961 6,991 7,512 7,671 8,063

O2 7,019 7,194 8,064 8,212 8,530

Udara 6,973 7,034 7,627 7,785 8,161

H2O, gas 8,026 8,185 9,254 9,559 10,41

CH4 8,552 9,736 15,10 16,21 18,88

Kapasitas panas pada berbagai temperatur (data eksperimen)

Cp, cal/(mol.K)

KAPASITAS PANAS 11

Temp. oC 25 100 200 600 700

N2 6,961 6,972 6,996 7,229 7,298

O2 7,019 7,083 7,181 7,616 7,706

Udara 6,973 6,996 7,017 7,299 7,374

H2O, gas 8,026 8,084 8,177 8,678 8,816

CO 6,965 6,983 7,017 7,289 7,365

CO2 8,884 9,251 9,701 11,053 11,303

CH4 8,552 8,980 9,620 12,27 12,90

Kapasitas panas rata-rata pada rentang temperatur 25oC

sampai T hasil hitungan

KAPASITAS PANAS 12

a b c

N2 6,457 1,389x10-3 -0,069x10-6

O2 6,117 3,167x10-3 -1,005x10-6

H2O, gas 7,136 2,640x10-3 0,0459x10-6

CH4 3,204 18,41x10-3 -4,48x10-6

Kapasitas panas sebagai fungsi temperatur (persamaan empirik)

Cp = a + b.T + c.T2 + d.T3

Cp, cal/(mol.K) dan T, K

KAPASITAS PANAS 13

Soal: Hitunglah kapasitas panas udara yang

tersusun dari 79% mol N2 dan 21% mol O2

a. Kapasitas panas rata-rata pada selang

temperatur 25 – 100oC

b. Kapasitas panas sebagai fungsi temperatur

Penyelesaian 14

a.Kapasitas panas rata-rata pada selang temperatur

25 – 100oC

Cp N2 = 6,972 cal/(mol.K)

Cp O2 = 7,083 cal/(mol.K)

Cp udara = 0,79x6,972 + 0,21x7,083 = 6,9953

cal/(mol.K) (sesuai dengan data dalam tabel Cp rata-rata udara)

Penyelesaian 15

b.Kapasitas panas sebagai fungsi temperatur

Cp N2 = 6,457 + 1,389x10-3xT – 0,069x10-6xT2

Cp O2 = 6,117 + 3,167x10-3xT – 1,005x10-6xT2

Cp udara = 0,79xCp N2 + 0,21xCp O2

= 0,79x(6,457 + 1,389x10-3xT –

0,069x10-6xT2) + 0,21x(6,117 +

3,167x10-3xT – 1,005x10-6xT2)

PERHITUNGAN PANAS SENSIBEL 16

Kapasitas panas digunakan untuk proses tanpa perubahan fase,

hanya terjadi perubahan suhu

Jika sebuah sistem mengalami perubahan temperatur dari T1

manjadi T2 maka perubahan entapi sensibel dapat dihitung

menggunakan kapasitas panas rata-rata pada selang

temperatur yang sesuai.

ΔHs = m Cprata-rata(T2-T1)

Dengan m = jumlah mol (massa) benda.

Integrasi Cp dT dengan batas T1 dan T2

ΔHs = m ∫ Cp dT

ΔHs = m ∫ (a + bT + cT2 + d.T3 ) dT

ΔHs = m [a(T2-T1)+ b(T22-T1

2)/2 + c(T23-T1

3)/3 + d(T24-T1

4)/4]

Contoh Soal-1 17

Tentukan entalpi 1 kg udara yang dipanaskan dari temperatur

25oC menjadi 100oC

Diket: T1 = 25oC = 298K

T2 = 100oC = 373K

Cprata-rata udara = 6,996 cal/(mol.K)

Penyelesaian:

Berat molekul udara = 0,79N2 + 0,21O2

= 0,79x28 + 0,21x32

= 28,84 gram/mol

Jumlah udara 1 kg = 1000 g = 1000/28,84 = 34,67 mol

ΔHs = m.Cp. ΔT

ΔHs = 34,67 x 6,996 (373 – 298) = 18191,349 cal

18

Penggunaan Cp udara sebagai fungsi temperatur

= 6,3856 + 1,76238x10-3T – 0,26477x10-6T2

ΔHs = m ∫Cp dT

= 34,67 ∫ (6,3856 + 1,76238x10-3T – 0,26477x10-6T2) dT

= 34,67 x (6,3856T + 1,76238x10-3T2/2 – 0,26477x10-6T3/3)

= 34,67 x (6,3856(373-298) + 1,76238x10-3 (3732-2982)/2 –

0,26477x10-6(3733 – 2983)/3)

= 18063,811 cal

Contoh Soal 19

Aliran gas alam setelah dikompresi kemudian didinginkan

dalam HE dari keadaan masuk dengan T1=38oC menjadi

T2=20oC. Laju alir gas alam adalah 100 mol/s. Komposisi dan

data kapasitas panas gas disajikan dalam tabel. Tentukan

entalpi yang dibuang dari sistem aliran gas alam ini. Diketahui

bahwa pengaruh tekanan terhadap entalpi diabaikan.

Komponen Komposisi

Fraksi Mol

Cp = A + BT + CT2 (J/mol.K)

A B C

CH4

CO2

90%

10%

12,684

26,624

0,077

0,043

-0,000019

-0,000014

Penyelesaian 20

Cara pertama

1. menghitung sifat campuran aliran.

2. menghitung neraca energi dengan memandang aliran secara keseluruhan dengan sifat campuran yang telah dihitung tersebut.

Cara kedua

1. menghitung neraca energi masing-masing komponen.

2. neraca energi keseluruhan adalah jumlah hasil perhitungan neraca energi masing-masing komponen tersebut.