PENGENALAN TRANSPORT FENOMENADalam aktivitas sehari hari sering kali terdapat perpindahan panas, massa atau pun momentum tanpa kita sadari. Dalam amat kuliah transfer phenomena kita mempelajari menegenai perpindahan panas, massa dan momentum dalam keadaan steady state ataupun unsteady state. Dan untuk itu kita harus mengetahui properti properti apa saja yang ada di dalamnya yang berkaitan dengan perpindahan tersebut. Dan juga agar kita mengetahui persamaan yang digunakan dari setiap kasus atau masalah yang berbeda beda.

Dan makalah ini dibentuk agar kita dapat mengetahui lebih lagi mengenai perpindahan panas, massa dan momentum beserta persamaan yang digunakan dalam setiap perpindahan.1.1. Transport fenomena dan operasi satuan

Pelopor kerja Principles of Chemical Engineering dipublikasikan pada 1923 dibawah kepengarangan Walker, Lewis, dan Mc Adams [W1]. Buku ini adalah yang pertama untuk konsep operasi satuan sebagai dasar pemisahan fisika seperti destilasi, evaporasi, pengeringan, dll. Di lain kata prinsip destilasi sama dengan pemisahan oksigen cair dari nitrogen cair seperti beribu-ribu proses destilasi pada industri di seluruh dunia. Pelajaran transport fenomena diambil karena topiknya adalah dasar untuk operasi satuan. Transport fenomena membandingkan 3 topik : perpindahan panas, perpindahan massa, dan perpindahan momentum (fluid flow). Pada kebanyakan operasi satuan seperti destilasi ketiga transport fenomena digunakan secara simultan.rumus empiris digunakan karena persamaan eksak tidak dapat dipecahkan.GayaHubungan antara gaya dan massa di ekspresikan dengan hukum kedua newton: F = m aDimana a adalah percepatan. Konversi faktor gc terkadang masuk kedalam persamaan F = m a / gcPada gravitasi standard nilai gc adalah 32,1740 lbm lbf-1 ft s-2 pada sistem SI satuan gaya adalah kg m s-2 dinamakan newton (N). Tercatat bahwa sistem CGS satuan gram-gaya hampir tidak pernah digunakan sejak dyne diberlakukan sebagai g cm s-2 saat F diekspresikan dalam dyne, gc tidak bersatuan dan tidak berdimensi.

Banyak persamaan pada transport phenomena menggunakan lbm dan lbf bersamaan jika satuan inggris digunakan. Juga ada beberapa massa dan satuan gaya dalam sistem inggris seperti slug (lbf s2 ft-1) dan poundal (lbm ft s-2).1.2. Kesetimbangan dan kecepatan proses

Banyak persoalan yang dapat dipisahkan 2 klasifikasi, kesetimbangan dan tidak setimbang. Di bawah kondisi tidak setimbang satu dari beberapa variabel diganti dengan waktu. Kecepatan dari perubahan ini sangat menarik, secara alami. Buku ini membahas 4 tipe dari kelajuan proses: kecepatan perpindahan panas, kecepatan perpindahan massa, kecepatan perpindahan momentum, dan kecepatan reaksi. Tipe ke 1-3 merupakan subyek dari teks ini. Tipe keempat, kecepatan reaksi, tidak akan dibahas secara detil kecuali untuk pencantuman sesuai istilah dalam persamaan umum dan sedikit pada contoh-contoh dasar.

Proses kesetimbangan

Mempertimbangkan gambar 1.1 yang menunjukkan sebuah gas dengan komposisi 50%mol nitrogen dan 50%mol oksigen ditutup dalam sebuah tangki pada tekanan 2 atm pada suhu 300K. Setelah sekian lama gas didalam tangki setimbang suhunya sama dengan gas di sekitarnya, 300K. Di dalam tangki tidak akan ada konsentrasi gradien. Ahli kimia menngatakan bahwa gas ini tidak akan berada dalam kesetimbangan kimia. Jika gas dalam tangki adalah nitrogen murni, maka akan ada kesetimbanagn didalam tangki.

Laju proses

Saat ketidak setimbangan proses dipertimbangkan, sistem dibawah pertimbangan seperti laju proses ditandai oleh gaya laju transport proporsional. Topik ini akan didiskusikan di chapter 2.1.3. Variabel Dasar dan SatuanSuhu

Suhu (T) hanya diperoleh secara empiris sebagai pengukuran relatif panas [D1, M1]. Skala suhu yang banyak digunakan adalah angka pada air, 273,16 K. Skala suhu didasarkan pada perubahan suhu benda. Perubahan resisivitas padatan seperti platinum atau perubahan volume cairan seperti merkuri dengan mudah diukur sebagai fungsi suhu dan dapat digunakan sebagai indikasi suhu. Satuan suhu adalah Kelvin (K), Celcius (C), Farenheit (F), dan Rankine (R). Suhu adalah salah satu kuantitas penting dalam sistem. Suhu berpengaruh pada molekul, semakin tinggi suhu maka akan semakin tinggi velositas molekul. Hampir semua properti bergantung pada suhu.

Tekanan

Tekanan (P) pada gambar 1.1 memiliki satuan-satuan gaya (F) per luas permukaan (A). Gaya adalah hasil dari gesekan molekul dengan dinding tangki. Pada equilibrium, tekanan di dalam tangki adalah seragam. Sangat penting membedakan antara tekanan dan gaya.

Volume

Volume (V) adalah variabel termudah untuk dipahami. Suatu persamaan mengekspresikan volume sebuah material pada suhu, tekanan, dan komposisi atau jumlah mol. Untuk gas ideal, persamaannya adalah:

PV= nRT

di mana R adalah konstanta gas

Konsentrasi

Konsentrasi zat A (CA) memiliki satuan-satuan mol/volume. Contoh 1.1: Hitung konsentrasi N2 pada tangki di gambar 1.1 dengan permisalan hukum gas ideal. Jawaban harus dalam satuan lbmol/ft3.

Jawab: volume total tangki=0,01283 m3=0,4531 ft3Tegangan Shear

Tegangan Shear (() adalah sebuah gaya (F) per luas permukaan (A), seperti tekanan.Flux

Flux adalah sebuah nilai per satuan luas permukaan per satuan waktu. Jawaban untuk persoalan pada perpindahan panas sering diekspresikan pada satuan Btu, cal, atau J. Sebuah panas flux juga memiliki satuan J m-2 s-1. Dengan persamaan sebuah flux massa juga memiliki satuan kg m-2 s-1.

Fase

Fase pada sebuah pandangan sederhana pada umumnya ada 3: padat, cair dan gas. Beberapa sistem hanya mengandung satu fase gas, tapi juga terkadang mengandung fase padat dan cair. Secara alami, larutan dengan dua fase lebih sulit dari pada larutan dengan fase tunggal.Satuan

Insinyur teknik harus akrab dengan sistem-sistem satuan. Pada teks ini menggunakan satuan SI (Systeme International dUnites), sama dengan satuan English System dengan satuan seperti: Btu, pound force (lbf), dan pound mass (lbn). Pada sistem SI, massa dalam kilogram (kg), panjang dalam meter (m), waktu dalam detik (s), dan suhu dalam kelvin (K) adalah contoh satuan dasar.1.4. Hukum Gaya Intermolekuler

Gaya intermolekuler bertanggung jawab aatas materi di dunia sekitar kita. Keseimbangan antara gaya atraktive dan gaya repulsif bertanggung jawab untuk eksistensi gas, cairan, dan fase padat. Fase cair dan fase padat eksis pada suhu yang lebih rendah, yang energi kinetik molekul-molekulnya kurang dari suhu yang lebih tinggi dimana terdapat fase gas. Gaya intermolekuler juga bertanggungjawab untuk transport fenomena. Persamaan dasar untuk momentum, panas, dan massa dapat diturunkan secara langsung dari persamaan mekanika statis Boltzmann. 1.5. Keseimbangan Keseimbangan Sederhana

Dikarenakan kebanyakan dasar dari hukum fisika adalah konservasi massa. Referensi pada bab 7 oleh Hougen, Watson, dan Ragatz [H2] meskkipun banyak bukubuku modern saat ini banyak digunakan. pemikiran dari konservasi massa sederhana: massa total masuk = massa total keluar sekurang-kurangnya ada generasi, deplesi, akumulasi. Generasi atau deplesi mungkkin berasal dari sebuah reaksi nuklir contohnya uranium-238 rusak pada emisi sebuah partikel alfa ke dalam thorium-234. Sebuah contoh dari akumulasi adalah pengisisan sebuah tangki. Para pembaca diharapkan menjadi familiar terhadap tipetipe keseimbangan ini.