Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

BAB 12 CAMPURAN DARI GAS IDEAL DAN UAP

Sifat-sifat campuran dipengaruhi komposisi campuran dan sifat-sifat masing-masing komponennya

Ada dua cara menjelaskan komposisi campuran yaitu dengan

• analisa molar

• analisa gravimetri

Analisa molar menyatakan komposisi campuran berdasarkan jumlah molekul masing-masing komponen.

Analisa gravimetri menyatakan komposisi campuran berdasarkan massa masing-masing komponen

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

KOMPOSISI CAMPURANKOMPOSISI CAMPURAN

Jika suatu campuran gas terdiri dari k komponen maka sifat-sifatnya adalah sebagai berikut

1. Massa campuran sama dengan jumlah dari massa masing-masing komponen.

m mcamp ii

k

1

2. Jumlah molekul campuran sama dengan jumlah molekul dari masing-masing komponen

3. Perbandingan massa komponen terhadap massa campuran disebut fraksi massa. Jumlah fraksi massa sama dengan 1.

N Ncamp ii

k

1

mm

mfii

camp

mf ii=1

k

1

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

KOMPOSISI CAMPURANKOMPOSISI CAMPURAN

4. Perbandingan jumlah molekul komponen terhadap jumlah molekul campuran disebut fraksi molekul. Jumlah fraksi molekul sama dengan 1.

yN

Nii

camp

y ii=1

k

1

5. Berat molekul ekivalen campuran (rata-rata) merupakan perbandingan massa campuran dengan jumlah molekul campuran

6. Konstanta gas ekivalen campuran (rata-rata) merupakan perbandingan konstata gas universal dengan massa molekul campuran

Mm

Ny Mcamp

camp

campi i

i

k

1

RR

Mcampu

camp

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

Hubungan P-v-T campuran gas Hubungan P-v-T campuran gas

1. Hukum Tekanan Dalton :

Tekanan campuran gas merupakan jumlah tekanan masing-masing komponen gas jika berada pada temperatur dan volume campuran sebagai gas tunggal.

P P T Vcamp i camp campi

k

( , )

1

2. Hukum Volume Amagat :

Volume campuran gas merupakan jumlah volume masing-masing komponen gas jika berada pada temperatur dan tekanan campuran sebagai gas tunggal.

V V T Pcamp i camp campi

k

( , )

1

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

Fraski Tekanan & Fraksi VolumeFraski Tekanan & Fraksi Volume

Perbandingan antara Pi dengan Pcamp disebut fraksi tekanan.

camp

ii P

PPf

Perbandingan antara Vi dengan Vcamp disebut fraksi volume

camp

ii V

Vvf

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

Campuran gas idealCampuran gas ideal

Untuk gas ideal berlaku persamaan PV = N Ru T sehingga fraksi tekanan, fraksi volume dapat dinyatakan sebagai :P T V

P

N R T V

N R T V

N

Ny

V T P

V

N R T P

N R T P

N

Ny

i camp camp

camp

i u camp camp

camp u camp camp

i

campi

i camp camp

camp

i u camp camp

camp u camp camp

i

campi

( , ) /

/

( , ) /

/

i

camp

i

camp

i

camp

i yN

N

V

V

P

P

Pi = yi Pcamp , besaran ini disebut tekanan parsial.Vi = yi Vcamp , besaran ini disebut volume parsial.

Untuk gas ideal komposisi campuran dapat dijelaskan dengan analisa volumetri . Prosentase volume dari masing-masing komponen ekivalen dengan prosentase dari fraksi molekul

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

Campuran gas riilCampuran gas riil

Hukum Dalton dan hukum amagat dapat juga digunakan untuk gas riil, tetapi tekanan dan volume masing-masing komponen ditentukan dengan persamaan yang sesuai bukan dengan persamaan gas ideal.

Z y Zcamp i ii

k

1

Hukum Dalton : Zi ditentukan pada temperatur dan volume campuran masing-masing komponen gas.

Hukum Amagat : Zi pada temperatur dan tekanan campuran untuk masing-masing komponen gas.

Menggunakan faktor kompresibilitas (Z)

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

Kays RuleKays Rule

Cara lain dilakukan dengan menggunakan “Kay’s rule”. Dengan cara ini faktor kompresibilitas ditentukan dari “pseudocritical pressure P’cr,camp “ dan “pseudocritical temperature T’cr,camp “

P y P y Tcr camp i cr ii

k

cr camp i cr ii

k

,'

, ,'

,

1 1

dan T

dan '

,

','

,

',

campcr

campcampR

campcr

campcampR P

PP

T

TT

dan pada dibaca ',

', campRcampRcamp PTZ

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

Persamaan Van der WaalsPersamaan Van der Waals

a y a y bcamp i ii

k

i ii

k

1

2

1 1

2

camp dan b

8

dan 64

27

,

,

,

2,

2

icr

icrii

icr

icrii P

TRb

P

TRa

2 campcampcampcampcamp

campcamp TRbv

v

aP

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

Sifat-sifat campuran Gas Sifat-sifat campuran Gas

Energi Dalam U U m u N u

U U m u N u

u mf u y u

camp ii

k

i ii

k

i ii

k

camp ii

k

i ii

k

i ii

k

camp i ii

k

i ii

k

1 1 1

1 1 1

1 1

dan ucamp

Entalpi H H m h N h

H H m h N h

h mf h y h

camp ii

k

i ii

k

i ii

k

camp ii

k

i ii

k

i ii

k

camp i ii

k

i ii

k

1 1 1

1 1 1

1 1

dan hcamp

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

Sifat-sifat campuran GasSifat-sifat campuran Gas

Entropi S S m s N s

S S m s N s

s mf s y s

camp ii

k

i ii

k

i ii

k

camp ii

k

i ii

k

i ii

k

camp i ii

k

i ii

k

1 1 1

1 1 1

1 1

dan scamp

Panas jenis C mf C y C

C mf C y C

v camp i v ii

k

i v ii

k

p camp i p ii

k

i p ii

k

, , ,

, , ,

dan C

dan C

v,camp

p,camp

1 1

1 1

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

ContohContohAnalisis volumetri dari suatu campuran gas ideal memberikan data sebagai berikut :

Komponen % volume

N2 60

CO2 40

Campuran berada pada tekanan 1,5 Mpa dan temperatur 30oC.

Hitunglah :

a. Komposisi berdasarkan analisa gravimetri

b. Tentukan massa campuran jika volumenya 1 m3

c. Campuran gas dilewatkan suatu alat penukar kalor sehingga

temperaturnya bertambah 120oC. Tentukan kalor yang diserap

campuran.

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

PenyelesaianPenyelesaian

a. Analisa gravimetri

b. Masa campuran

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

PenyelesaianPenyelesaian

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

c. Perpindahan kalor

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

Soal latihanSoal latihan1. Suatu campuran gas terdiri dari 5kg 02 , 8 kg N2 dan 10 kg

CO2. Tentukan :a. Fraksi massa tiap komponen.b. Fraksi molekul tiap komponen.c. Berat molekul dan konstanta gas ekivalen campuran.

2. Sebuah tangki dengan volume tetap berisi 2 kmol N2 dan 6 kmol gas CH4 Campuran berada pada suhu 200K dan tekanannya 10 MPa. Hitunglah volume tangki dengan a) persamaan gas ideal , b) Kay’s rule , c) Faktor kompresibilitas dan hukum Amagat.d) Jika campuran dipanaskan sehingga temperaturnya menjadi 400K hitung tekanannya.

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

Soal LatihanSoal Latihan

3. Sebuah tangki dengan volume 0.6m3 disekat menjadi dua ruangan yang sama besar. Satu ruangan berisi Ne pada 20oC dan 150 kPa dan ruangan lainnya berisi Ar pada 50oC dan 300kPa. Sekat dibuka sehingga kedua gas bercampur. Pada proses ini terjadi perpindahan kalor ke lingkungan yang bersuhu 25oC sebesar 15 kJ. Hitunglah :

a. Temperatur dan tekanan campuranb. Entropi yang dibangkitkan.

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

Campuran udara dan uap air Campuran udara dan uap air

• Udara adalah campuran dari nitrogen , oksigen dan sejumlah kecil gas lain. Udara di atmosfir pada umumnya mengandung uap air.

• Udara yang tidak mengandung uap air disebut sebagai udara kering.

• Asumsi yang sering digunakan adalah menganggap udara sebagai campuran antara udara kering dan uap air.

Pada “ air conditioning “ temperatur udara berkisar antara -10oC hingga 50oC. Pada keadaan tersebut udara kering dapat dianggap sebagai gas ideal dengan panas jenis konstan (Cp=1.005 kJ/kg atau Cp=0.240Btu/lbmR).

hudara kering = Cp T

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

Demikian pula uap air dapat dianggap sebagai gas ideal (Psat air pada 50oC = 12.3 kPa, pada tekanan rendah uap air mempunyai sifat-sifat gas ideal). Entalpi uap air hanya merupakan fungsi dari temperatur saja. Karena itu entalpi uap air dapat dinyatakan dengan entalpi uap air jenuh pada temperatur yang sama.

huap air (T, P rendah) hg (T) Pudara = Pudara kering + Puap air

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

Kelembaban jenisKelembaban jenis

Kelembaban jenis (specific humidity / humidity ratio)Perbandingan antara massa uap air dengan massa udara kering pada

temperatur dan volume yang sama

m

P V R T)

P V R T)

P

P

P P

uap air

uap air uap air

udara keri udara keri

uap air

udara keri

uap air

uap air

m

P

udara kering

ng ng ng

/ (

/ (.

.

0 622

0 622

Total entalpi udara merupakan jumlah entalpi udara kering dan entalpi uap air. H = Hudara kering + Huap air

hH

mh

mh h

udara keriudara keri

uap air

uap air udara keri uap air ng

ngudara kering

ngm h

Dibagi dengan mudara kering menghasilkan

atau h = Cp T + hg

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

Kelembaban relatifKelembaban relatifKelembaban relatif (relative humidity)Misalkan kita punya 1 kg udara kering. Sesuai definisi udara kering

maka kelembaban jenisnya adalah nol. Jika kemudian ditambahkan uap air maka kelembaban jenisnya akan bertambah. Semakin banyak uap air yang ditambahkan maka kelembaban jenisnya semakin bertambah pula, sampai udara tidak mampu lagi menyerap uap air. Pada keadaan ini disebut udara jenuh, setiap uap air yang ditambahkan akan terkondensasi.

Perbandingan antara massa uap air dengan maksimum massa uap air yang dapat diserap udara pada temperatur yang sama disebut kelembaban relatif.

m P V R T)

P V R T)

P

P

P

Puap air uap air uap air

uap air je uap air

uap air

uap air je

v

gmuap air jenuh nuh nuh

/ (

/ (

P

Pg( . )0 622 dan =

0.622 P

P - Pg

g

dengan Pg=Psat @T

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

“Dew point temperature”Adalah temperatur pada saat mulai terjadi kondensasi jika udara

didinginkan pada tekanan konstan.Tdew point = Tsat @ P uap air

Wet-bulb temperature” (temperatur bola basah)Untuk menentukan kelembaban udara digunakan suatu alat yang

disebut “Wet-bulb psychrometer” . Alat ini terdiri dua buah termometer. Satu disebut bola kering (“dry-bulb”) dan yang satu lagi disebut bola basah(“wet-bulb”) karena ditutupi oleh kapas basah. Prinsip kerjanya adalah dengan “Adiabatic saturation”

Air, temperatur T2

Udara T1 , 1, 1

Udara jenuhT2 , 2, 2=100%Air,

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

Sebuah sistem saluran sangat panjang yang diisolasi dan mempunyai kantung air. Udara tidak jenuh dengan kelembaban jenis 1 (tidak diketahui) serta temperatur T1 (terukur) mengalir ke dalam saluran. Sebagian air akan menguap dan bercampur dengan udara. Karena saluran sangat panjang maka udara akan keluar dalam keadaan jenuh (=100%) dengan temperatur T2 (disebut “adiabatic saturation temperatur”). Sistem diatas dapat dianalisa sebagai sistem aliran tunak.

Udara kering: m = m = m

m

m

udara kering1 udara kering2 udarakering

uap1

udara kering

( )ker

ker

Uap air m m

m m

m m

penguapan uap

penguapan udara ing

penguapan udara ing

2

1 2

2 1

•Prinsip kekekalan massa

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

( )

( )

( ) ( ) ( )

ker ker

ker ker ker

m h m h

m h m h m h

m h m h m h

h h h

C T h h C T h

i i e e

udara ing penguapan f udara ing

udara ing udara ing f udara ing

f

p g f p g

1 1 2 2 2

1 2 1 2 2

1 2 1 2 2

1 1 1 2 1 2 2 2 2

•Prinsip kekekalan energi

1

2 1 2 2

1 2

C T T h

h hp fg

g f

( )

Maka dihasilkan

=0.622P

P - Pg2

g2

2

Untuk “wet-bulb psychrometer” T1 adalah temperatur bola kering dan T2 adalah temperatur bola basah.

Term

odin

am

ika I FS

T U

SD

Jogja

SoalSoal

Sebuah ruangan mempunyai temperatur bola kering 22oC dan temperatur bola basah 16oC. Jika tekanan udara adalah 100 kPa hitunglah :

a. Kelembaban jenisnyab. kelembaban relatifnyac. temperatur “Dew point “