diktat uas tekim semester 3 sementara!

Diktat IMTK 2012 Semester Ganjil 2012/2013

Akademis IMTK 2012

Informatif, Responsif,

Efektif.

DIKTAT UAS TEKNIK KIMIA SEMESTER 3

AKADEMIS IMTK 2012 1

DAFTAR ISI

NME _________________________________________________________________ 2

Metode Numerik _____________________________________________________ 17

Peristiwa Perpindahan _______________________________________________ 21

Ilmu Bahan dan Korosi _______________________________________________ 27

Kimia Analitik _____________________________________________________ 36



Ujian Akhir Semester Ganjil 2009/2010 - Program Studi Teknik Kimia S1 Reguler

Mata Kuliah : Neraca Massa Energi

Sifat : Buku Text Terbuka

Hari/Tanggal : Senin/14 Desember 2009

Waktu : 90 menit

1. (20%) Hitunglah kalor reaksi standar dari data panas pembentukan untuk reaksi

berikut ini:

C2H4 (g) + HCl (g) CH3CH2Cl (g)

2. (20%) Sebuah industri gas alam menghasilkan gas alam dengan komposisi; CH4 80%,

CO2 7% dan sisa C2H2. Hitunglah kapasitas panas campuran tersebut.

3. Proses baru, diajukan untuk menghasilkan gas etilena (C2H4) dari propana (C3H8)

pada tekanan atmosferik dengan reaksi berikut:

C3H8 (g) + 2O2 (g) C2H4 (g) + CO2 (g) + 2H2O (g)

Produk meninggalkan sistem pada 800 K dan C3H8 masuk pada suhu 500 K

sementara O2 masuk pada 300 K. Dalam proses tersebut, C3H8 digunakan berlebihan

15% (dari jumlah yang ditunjukan dalam persamaan), tetapi konversi keseluruhan dair

C3H8 hanya 50%. Berapakah kalor yang ditambahkan atau dikeluarkan dari proses

tersebut per mol masukan C3H8 ke dalam proses tersebut (40%)

4. 2 lb CO2 dikalorkan dari cairan jenuh pada 30 0F sampai 650 psia dan 175

0F

a. Berapa volume spesifik CO2 pada keadaan akhir?

b. Apakah CO2 pada keadaan akhir berada dalam fase gas, cair, padat atau

campuran dari 2 atau 3 fase? (20%)




Sifat : Open Book

Hari/Tanggal : -

Waktu : 90 menit

1. Konsep baru diterapkan pada industri pembuatan etilen yang menggunakan etanol

sebagai reaktan. Reaksi yang terjadi ialah reaksi dehidrasi dengan persamaan reaksi

sbb:

C2H5OH C2H4 + H2O

Pada industri ini, etanol sebagai reakstan dimasukkan ke raktor dari bagian bawah

reaktor yang kenudian oleh katalis dalam reactor dikonversi menjadi etilen dan air

yang dikeluarkan dari bagian atas reaktor. Reaktor memiliki ketinggian 2 meter.

Keluaran reaktor selanjutnya dipisahkan pada separator sehingga etilen dan air keluar

sebagai produk dengan aliran yang terpisah.

BDF proses adalah sbb:

Reaktan (etanol) berupa campuran 80% mol etanol dan 20% mol air pada suhu 220 0F

dengan densitas 0,003 lb/ft3 diumpankan ke reaktor dengan laju alir 1010 lb//jam

melewati sebuah pipa dengan diameter 6 inch. (Gunakan Gambar I.1 untuk

menentukan entalpi larutan etanol). Produk keluar separator adalah etilen dan uap air

(steam) yang masing-masing dialirkan pada pipa berdiameter 6 inch. Kondisi kedua

produk ini adalah suhu 200 0F dan tekanan 1 atm dengan densitas etilen sebesar

0,0018 lb/ft3 sedangkan densitas uap air adalah 0,001 lb/ft3. (Gunakan Tabel D.3

Sistem

absorpsi mixer Splitter



untuk menentukan entalpi etilen dan gunakan steam table untuk menentukan entalpi

steam).

a. Hitunglah panas yang diperlukan atau dikeluarkan oleh sistem produksi etilen

tersebut

b. Apabila diperlukan panas, berapa steam yang harus disediakan dan apabila

dikeluarkan panas, berapa steam yang terbentuk pada jaket reaktor?

(steam pada kondisi P=1 atm dan T=200 0F)

2. Reaktor pada sebuah industri larutan ammonium hidroksida menghasilkan larutan

dengan konsentrasi 80% berat NH3 dan 20% air pada suhu 120 0F dengan densitas 50

lb/ft3. Untuk proses selanjutnya, larutan ini harus diencerkan dan dinaikkan suhunya.

Untuk keperluan tersebut, larutan yang keluarkan reaktor dimasukkan dalam tangki

mixer yang bervolume 10 ft3 dan memiliki pengaduk dengan daya 100 kW. Larutan

ammonium hidroksida dimasukkan sampai volume tangki mencapai setengahnya.

Selanjutnya kedalam tangki mixer dimasukkan air dalam keadaan jenuh pada suhu

212 0F sebanyak 124 lb (densitas air 62 lb/ft

3) dan terakhir dimasukkan steam pada

kondisi suhu 350 0F dan tekanan 50 psi. Apabila semua steam mengembun dan

bercampur menjadi larutan ammonium hidroksida. Berapa konsentrasi akhir larutan

(dalam % berat NH3) dan berapa suhu akhir larutan? (Gunakan Gambar I.2 untuk

mengerjakan soal ini)




Sifat : Open Book

Hari/Tanggal : Rabu/27 Desember 2006

Waktu : 90 menit

Sebuah industri methanol PT.DTK-SUGOI.tbk akan mengoperasikan reaktor untuk

mensintesis metanol yang akan menggunakan teknologi canggih yang baru dikembangkan

oleh DTK-UI. Teknologi baru yang dipakai ialah proses steam reforming yang mereaksikan

umpan CH4 dengan H2O (steam) dan langsung menghasilkan metanol. Reaksi yang terjadi

adalah sbb:

CH4(g) + H2O (g) CH3OH (l) + H2 (g)

Reaktor berupa silinder dengan tinggi 2 meter yang didalamnya terdapat katalis yang

diletakkan pada bagian atas reaktor. Pada bagian bawah reaktor terdapat pengaduk yang

dihubungkan dengan motor penggerak berkekuatan 100 HP. CH4 dan steam dimasukkan ke

reaktor melalui bagian paling atas sedangkan produk berupa metanol cair dan gas H2

dikeluarkan dari reaktor dari bagian paling bawah. Semua perpipaan untuk keluar masuk

umpan dan produk berdiameter 5 inchi.

CH4(g) siumpankan sebanyak 4444,8 lb/jam atau 277,8 lbmol/jam pada suhu 400K

dan tekanan 1 atm. Pada suhu dan tekanan tersebut, aliran CH4(g) dalam pipa 5 inchi adalah

sebesar 1,7 x 106 ft/jam. Sedangkan steam dialirkan ke reaktor dengan jumlah stoikiometi

pada tekanan 40 psi dengan suhu 400 0F . Pada kondisi ini, aliran steam ke reaktor adalah

sebesar 0,46 x 106 ft/jam.

Sebagai produk reaksi yang masing-masing dikeluarkan melalui pipa pada bagian

paling bawah reaktor, cairan methanol sebesar 277,8 lbmol/jam keluar pada suhu 77 0C.

Dengan densitas 50 lb/ft3, maka kecepatan aliran metanol dalam pipa berdiameter 5 inchi

adalah 130,9 ft/jam. Sedangkan gas hidrogen sebanyak 277,8 lbmol/jam keluar reaktor pada

suhu yang sama dengan suhu methanol cair yaitu 77 0C dan tekanan 1 atm. Kecepatan aliran

produk gas H2 pada pipa keluaran adalah sebesar 0,83 x 106 ft/jam.

Perhitungan detil sangat diperlukan pada disain reaktor ini, oleh karena itu tidak ada

energi yang boleh diabaikan. Sebagai process engineer, anda diminta membantu menghitung:

a. Apakah diperlukan panas atau dikeluarkan panas dari reaktor? Berapa

besarnya (BTU/jam)?

b. Jenis energi apa yang paling berperan dalam proses ini? Berapa % dari energi

keseluruhan?



c. Apabila pada reaktor dipasang jaket, kedalam jaket tsb dialirkan air pendingin

atau steam? Dan berapa lajunya (lb/jam)? (air pendingin yang tersedia bersuhu

awal 25 0C dan diharapkan bersuhu akhir 70

0C, sedangkan steam tersedia

pada suhu 400 0F tekanan 40 psi dan keluar jaket diharapkan berupa kondensat

yang merupakan cairan jenuh pada 1 atm)

Karena keberhasilan perhitungan ini menentukan karir anda di perusahaan, boss anda

(kepala process engineer) mengingatkan agar perhitungan dilakukan sesuai kaidah

perhitungan neraca massa dan energi yaitu:

1. Menggambar sistem keseluruhan dan menetapkan batas untuk sistem yang dihitung

2. Menentukan basis

3. Menentukan referensi utnuk menghitung tinggi

4. Menggunakan referensi suhu 25 0C untuk menghitung entalpi karena terdapat reaksi

kimia

5. Selalu menuliskan unit (satuan) pada angka di setiap perhitungan

6. Dll



Jawaban

System adalah OPEN SYSTEM

E = Q + W – (H + K + P), karena E = 0, maka persamaan yang berlaku adalah

Q = -W + H + P + K

Basis 1 jam operasi

Menghitung W:

W = 100 HP.hr x 2,545.103 BTU/1 HP.hr

= 254.500 BTU

Menghitung P

h = 2 m x 3,2808 ft/1 m

= 6,56 ft

P = 32,2 ft/s2 x 6,56 ft x 1/(32,2 lbm.ft/lbf.s

2) x 1 BTU/(778,2 ft.lbf)

= 8,4.10-3

BTU/lb

P H2 = P CH3OH = 0

Steam, m = 277,8 lbmol x 18 lb/lbmol

= 5000 lb

→ ΔP steam = 5000 lb x 8,4.10-3

BTU/lb

= 42 BTU

CH4, m = 277,8 lbmol x 18 lb/lbmol

= 4444,8 lb

→ ΔP CH4 = 4444,8 lb x 8,4.10-3

BTU/lb

= 37,3 BTU

→ ΔP total = ΔP H2 + ΔP CH3OH + ΔP steam

= 79,3 BTU

Menghitung ΔH

ΔH = ΔH reaksi + ΔH sensible

Karena ΔH reaksi dihitung menggunakan ΔHf dengan referensi suhu 25 0C, maka

suhu referensi untuk menghitung ΔH = 25 0C

o Menghitung H reaksi

Hr = lbmol{( Hf H2 + Hf CH3OH) – ( Hf CH4 + Hf H2O)} kJ/gmol x 430

(BTU/lbmol)/(KJ/gmol)

= 277,8{(0-238,64) – (-74,84 – 241,826)} x 430

= 9.333.523,2 BTU



o Menghitung H sensible

H steam (H2O) (lihat steam table untuk saturated dan superheated steam)

P = 40 psi, T=400 0F, H steam (H2O) = 1236,4 BTU/lb

H steam (H2O) pada 25 0C (saturated) = 1095,5 BTU/lb

m steam = 5000 lb H steam (H2O) = 5000 lb x (1236,4 – 1094,5) BTU/lb

= 709.500 BTU

H CH4 (lihat tabel D-2 Appendix D)

H CH4 pada 400K = 4740 x 0,4306 = 2041 BTU/lbmol

H CH4 pada 25 0C atau 298K = 879 x 0,4306 = 378,5 BTU/lbmol

m CH4 = 277,8 lbmol

H CH4 = 277,8 lbmol (2041-378,5)BTU/lbmol

= 461.842,5 BTU

H H2 (lihat tabel D-6 Appendix D)

H H2 pada 350K = 2209 x 0,4306 = 951,2 BTU/lbmol

H H2 pada 25 0C atau 298K = 718 x 0,4306 = 309,2 BTU/lbmol

m H2 = 277,8 lbmol

H H2 = 277,8 lbmol (951,2-309,2) BTU/lbmol

= 178.347,6 BTU

H CH3OH (menggunakan data a, b, c, d pada tabel E-1 Appendix E untuk menghitung

Cp)

H CH3OH =∫

) dT

=-259,25(350-298)+0,01679. (3502–298

2)–0,388. (350

3–298

3)

= -13.539,02 J/gmol x 0,2390 {(BTU/lbmol)/(J/gmol)}

= -3235,8 BTU/lbmol

= -101,12 BTU/lb

m CH3OH = 277,8 lbmol x 32 lb/lbmol

= 8889,6 lb

H CH3OH = -101,12 BTU/lb x 8889,6 lb

= -898.905,2 BTU

H Sensible = ( H CH3OH + H H2) – ( H CH4 + H H2O)

= (-898.905,2 + 178.347,6) – (461.842,5 + 709.500) = -1.891.900,1 BTU



→→ ΔH = Hr + H Sensible

= 9.333.523,2 + (-1.891.900,1)

= 7.441.623,1 BTU

Menghitung K

v CH3OH = 130,9 ft/jam; v H2 = 0,83.106 ft/jam

v H2O = 0,46.106 ft/jam; v CH4 = 1,07. 10

6 ft/jam

K = ½[{(m.v2)CH3OH + (m.v

2)H2} – {(m.v

2)H2O + (m.v

2)CH4)}]

= ½ [{(8889,6 x (130,9)2 + 555,6 x (0,83.10

6)2}-{5000 x (0,46.10

6)2 + 444,8 x

(1,07.106)2}] lbm.ft

2/jam

2 x (jam

2/3600

2s

2) x 1/(32,2 lbm.ft/lbf.s

2) x (1 BTU/778,2

ft.lbf)

= -8.897,1 BTU

Q = -W + H + P + K

= -254.500 + 7.441.623,1 – 8.879,1 + 79,3

= 7.178.323,3 BTU

A. Energi yang harus dimasukkan ke reaktor sebesar 7.178.323,3 BTU

B. Energi yang paling dominan adalah entalpi

terhadap seluruh besaran energi secara absolut, bagian entalpi adalah =

7.441.623,1/(254.500 + 7.441.623,1 + 8.879,1 + 79,3) x 100% = 96,5%

Oleh karena itu pada perhitungan awal, energi selain entalpi biasanya diabaikan

C. Pada jaket reaktor harus dialirkan steam untuk memasukkan panas ke reaktor

Open system

E = P = W = 0 dan untuk hitungan awal, K = 0 → Q = H

H steam pada 400K 40 psi = 1236,4 BTU/lb

H saturated liquid pada 1 atm = 180,07 BTU/lb

Panas yang disuplai steam ke reaktor = (1236,4 – 180,07)

= (1056,33 BTU/lb)

Laju steam yang diperlukan = 7.178.323,3 BTU/1056,33 BTU/lb

= 6.795,5 lb steam/jam

jaket reaktor

Q Steam

kondensat




Sifat : Open Book

Tanggal : 19 Desember 2007

Waktu : 90 menit

Seorang walikota jenius bernama SUGIOSAN pada sebuah kota YOIMACHI

memerintahkan semua industri yang menggunakan bahan bakar harus melakukan pengolahan

terhadap gas buang hasil pembakarannya masing-masing. Pengolahan terhadap gas hasil

pembakaran ini dilakukan dengan memisahkan gas CO dari gas hasil pembakaran yang lain.

Gas CO ini kemudian diolah oleh perusahaan PT.IISHORAI milik pemerintah kota untuk

menghasilkan gas H2 yang akan dipakai sebagai bahan bakar pada kendaraan bermotor

menggantikan bensin/solar. Untuk itu, SUGIOSAN mewajibkan semua kendaraan bermotor

di kota itu memakai teknologi fuel cell yang menggunakan H2 sebagai bahan bakar.

Untuk menghasilkan H2 sebgai bahan bakar, PT.IISHORAI mereaksikan 28.000

kg/hari CO dengan ekses 100% air menjadi CO2 dan H2. CO dan H2O sebagai reaktan

dipanaskan terlebih dahulu sehingga masuk reaktor bersuhu 500K tekanan 1 atm. Pada

reaktor dipasang jaket untuk mengambil panas yang dihasilkan reaksi karena reaksi ini

bersifat eksotermis. Ke dalam jaket dialirkan air pendingin dengan laju alir 425 ton/hari

dengan suhu awal 300 K dan suhu air pendingin keluar jaket adalah 340 K.

1. Hitunglah suhu produk reaksi keluar reaktor!

SUGOISAN belum puas dengan sistem ini dan merencanakan menggunakan air yang

keluar dari jaket reaktor untuk mengisi kolam renang sehingga menjadi kolam renang air

hangat. Kolam renang yang bervolume 120.000 m3 dan air kolam harus diganti tiap hari

karena suhu air sudah tidak lagi hangat pada hari berikutnya. SUGOISAN meminta

mahasiswa DTKUI membantu menghitung lagi dengan ketentuan sbb: kolam diisi air dari

keluaran jaket lalu ditambah air biasa (suhu 300K) sampai kolam menjadi penuh. Kemudian

panas yang dimiliki reaktor (H2 dan CO2) dipakai untuk memanaskan lagi air kolam sehingga

(H2 dan CO2) menjadi bersuhu 300K.

2. Hitunglah suhu air kolam renang dan beri pendapat apakah suhu tersebut layak untuk

dipakai berenang?



Jawaban

1. Diketahui

Ditanyakan: suhu keluaran reaktor (B) ?

Asumsi:

Sistem berlangsung tunak artinya tidak ada akumulasi massa ataupun energi

( )

Besarnya perubahan energi kinetik dan energi potensial diabaikan karena bernilai

jauh lebih kecil dari perubahan entalpi yang terjadi.

Sistem berlangsung dalam tekanan yang tetap (isobaric).

Tidak ada kalor yang keluar dari sistem, perpindahan kalor hanya terjadi antara

reaktan-produk dan jaket

Tidak ada perubahan fasa air pada jaket

Basis: Proses dalam 1 hari

Perhitungan neraca massa,

Untuk CO2, n =

n =

n = 1.000.000 mol

persamaan reaksi

CO + H2O CO2 + H2

Diketahui 100% ekses air

CO H2O CO2 H2

Mula-mula 1.000.000 2.000.000 - -

Bereaksi - 1.000.000 1.000.000 1.000.000

Akhir - 1.000.000 1.000.000 1.000.000

Perhitungan neraca energi

Untuk jaket,

= Q + W – ( + )

=

Q = 425.000 kg x 4,2

K x (340-300) K

Q = 71.400.000 kJ



Untuk reaktor

Keadaan referensi adalah 25 0C dalam 1 atm. Dalam pemecahan masalah nilai kalor

sensible akan diambil dari nilai table D.6 dan dari tabel F.1

Reaktan gmol T (K) H sensibel Hf H total

CO 1.000.000 500 6,652-0,728 -110,52 -104.623

H2O 2.000.000 500 7,752-0,837 -241,826 -469.882

-574.445

Pada reaktor

E = Q – W – ( H + P + K)

Q = H

Q = ( H akhir - H awal)

71.400 MJ = ( H akhir – (- 574.445))

H akhir = -503.045 MJ

Pencarian suhu akhir dengan trial and error

Iterasi pertama T= 500 K

Produk gmol T (K) H sensibel Hf H total

CO2 1.000.000 500 9,204-0,912 -393.51 -385.218

H2 1.000.000 500 5,689-0,718 0 4.971

H2O 1.000.000 500 7,752-0,837 -241.826 -234.911

Total -615.158

Iterasi kedua T=1 500 K

Produk gmol T (K) H sensibel Hf H total

CO2 1.000.000 1500 62,676-0,912 -393.51 -331.746

H2 1.000.000 1500 36,994-0,718 0 36.276

H2O 1.000.000 1500 48.848-0,837 -241.826 -193.815

Total -489.285



Dengan ekstrapolasi didapat suhu akhir produk:

T H

500 -615.158

1500 -498.285

X -503.045

T = 1.390.683 K

2. Diketahui :

volume kolam renang 120.000 m3

Aliran air keluaran jaket per hari 425 ton, suhu 340 K

Suhu air biasa 300 K

Kalor yang dihasilkan oleh keluaran produk sampai suhunya turun menjadi 300 K

Ditanya : suhu akhir kolam renang?

Jawab :

Volume air keluaran jaket

V = m /

V = 425000 kg / 1000 kgm-3

= 425 m3

Jadi volume air biasa yang ditambahkan adalah sebanyak 119.575 m3.

Suhu air kolam renang ditambah kalor

Q Kondensor = Q air biasa

m.c. T = m.c. T

425.000 kg (T - 340) = 119.575.000 (300 – T)

T – 340 = 281.353 (300 – T)

T – 340 = 84.405,882 – 281,353 T

282.353 T = 84.745,882

T = 300,14160 K



Besarnya kalor yang dihasilkan pada pendinginan produk reaktor

Produk Gmol T (K) H sensibel Hf H total

CO2 1.000.000 300 0,986-0,912 -393.51 -393.436

H2 1.000.000 300 0,763-0,718 0 45

H2O 1.000.000 300 0,905-0,837 -241.826 -241.758

-635.149

Q = H

Q = H akhir - H awal

Q = -635.149 – (-503.045) = -132.104 MJ

Reaktor mengeluarkan kalor sebesar nilai tersebut dan kolam menerima kalor dengan

nilai tersebut sehingga kalor yang ada pada sistem kolam renang bernilai positif.

Q = m.c. T

132.104.000 KJ = 120.000.000 kg x 4,2 KJ/Kg K (T – 300,14160)K

132.104 Kj = 120.000 Kj x 4,2 KJ/Kg K (T – 300,14160)K

0,2621111 K = (T-300,14160) K

T = 300,403111 K

Suhu tersebut masih layak untuk digunakan sebagai kolam renang meskipun kurang

hangat untuk kolam air panas.




Sifat : Open Book

Hari/Tanggal : Jumat/19 Desember 2008

Waktu : 90 menit

Dosen : Prof. Dr. Ir. M. Nasikin M.Eng.

Ir. Eva F. Karamah, MT.

Gelanggang renang Water Bumz akan membuat wahana tempat mandi air hangat.

Pemandian air hangat berupa kucuran air yang menyerupai hujan dimana air hangat tersebut

berasal dari tangki yang berada pada ketinggian 10 meter dihitung dari permukaan tanah

(lihat ilustrasi di bawah ini). Untuk menghasilkan air hangat tersebut, air dari permukaan

tanah bersuhu 300 K (boleh diasumsikan sebagai saturated water), dialirkan ke dalam tangki

menggunakan pipa berdiameter 4 cm dengan laju alir air = 0,285 liter/detik.

Sebagai sumber panas, steam dari boiler yang berada di permukaan tanah dialirkan ke

dalam tangki untuk dicampur dengan air. Steam dialirkan ke tangki melalui pipa berdiameter

6 cm dengan laju 136,2 kg/jam. Steam yang dipakai berada pada kondisi tekanan 200 Kpa

dengan suhu 400K.

Pada tangki dipasang pengaduk yang diputar oleh motor berkekuatan 1 PK agar

terjadi proses pencampuran yang sempurna antara air biasa dengan steam untuk

menghasilkan air hangat.

Air hangat yang dihasilkan pada tangki dikeluarkan melalui pipa dengan diameter 4

cm dan dialirkan ke arah permukaan tanah berupa kucuran air untuk fasilitas mandi air

hangat.

Tugas anda sebagai engineer adalah:

1. Tentukan suhu air hangat yang dihasilkan untuk pemandian air hangat tersebut

2. Beri komentar apakah suhu tersebut layak atau tidak untuk pemandian air hangat dan

apabila kondisinya belum layak, beri rekomendasi terhadap perubahan yangdiperlukan

agar kondisi air hangat layak sebagai pemandian air hangat



Jawaban

1. suhu air hangat yang dihasilkan untuk pemandian air hangat tersebut

a) Material yang masuk tangki (basis 1 jam)

Air (A) : V = 0,285 L/s = 1026 kg/jam = 0,000285 m3/s

dibagi luas untuk mencari kecepatan laju alir

=

= 0,227 m/s

EkA = ½ mv2 = ½.1026.(0,227)

2 = 26,4 J = 0,0264 kJ

EPA = mgh = 1026.9,8.10 = 100,55 J = 0,1005 kJ

HA = 111,7 kJ/kg.1026 kg = 114.604,2 kJ (300K,saturated,dari steam tabel)

Steam (S) : P = 200 kPa, T = 400 K (V = 0,9624 m3/kg, H = 2720 kJ/kg)

V = 136,2 kg/jam = 0,034 m3/s

=

= 12,03 m/s

Eks = ½.136,2.(12,03)2 = 9,9 kJ

Eps = 136,2 . 9,8 . 10 = 370,464 kJ

W = 1 pk = 2684,5 kJ

b) Keluaran tangki (air panas)

Total keluaran =1026 + 136,2 =1162,2 kg/jam = 3,2.104 m

3/s

EkAP = ½.116,2.(0,2547)2 = 0,038 kJ

EPAP = 116,2 . 9,8 . 10 = 113,89 kJ

Open system terisolasi (Q = 0)

Pers. Neraca energi : E = Q – W =Δ (H + K + P)

H = W - ΔK - ΔP

ΔHAP – ( HA + HS) = W – { KAP – ( KA + KS)} – { PAP – ( PA + PS)}

HAP – (114.604,2 + 370.464)= 2683,5 – {0,038 – (0,0264 + 9,9)} – {113,89 – (0,1 + 13,3)}

HAP = 487.662,11 kJ (dibagi massa keluaran)

Maka T air panas dapat dihitung dengan interpolasi pada steam tabel dan diperoleh :

T = 373,3 K = 200,3 0C

2. komentar

Air terlalu panas, rekomendasi antara lain mengurangi laju air steam



UJIAN AKHIR SEMESTER 2006-2007

METODE NUMRIK

Tanggal 24 MEI 2006

Waktu 75 menit

Sifat buku terbuka

1. Cari akar persamaan f(x) = x3 – x – 1 dengan menggunakan

a. Metode biseksi dengan taksiran awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001;

b. Metode regula falsi dengan taksiran awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001;

c. Metode Newton-Raphson dengan taksiran awal 1,0 dan epsilon 0,001;

d. Metode secant dengan taksiran awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001;

2. Dengan menggunakan metode Eliminasi Gauss, cari solusi sistem persamaan aljabar

linear berikut:

8a + 2b + 3c + 12d = 25

2a + 4b + 7c + 0,25d = 13,25

3a + 7b + 3c + 5d = 18

12a + 0,25b + 5c + 2d = 19,25



Jawaban

1. SPANL:

f(x) = x3 – x – 1

Dicari akar persamaannya dengan menggunakan:

a. Metode Biseksi dengan harga awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001

Dengan

Berhenti

iterasi: | |

n a b xn F(a) F(b) F(xn)

0 1.0 1.5 1.25 -1 0.875 -0.297

1 1.25 1.5 1.375 -0.297 0.875 0.225

2 1.25 1.375 1.313 -0.297 0.225 -0.052

3 1.313 1.375 1.344 -0.052 0.225 0.083

4 1.313 1.344 1.328 -0.052 0.083 0.015

5 1.313 1.328 1.320 -0.052 0.015 -0.019

6 1.320 1.328 1.324 -0.019 0.015 -0.002

7 1.324 2.328 1.326 -0.002 0.015 0.006

8 1.324 1.326 1.325 -0.002 0.006 0.002

9 1.324 1.325 1.325 -0.002 0.002 0.000

Jadi akar persamaan SPANL di atas adalah 1.325

b. Metode Regulasi dengan harga awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001

Dengan

iterasi: | |

n a b xn F(a) F(b) F(xn)

0 1 1.5 1.267 -1 0.875 -0.234

1 1.267 1.5 1.316 -0.234 0.875 -0.037

2 1.316 1.5 1.323 -0.037 0.875 -0.005

3 1.323 1.5 1.325 -0.005 0.875 -0.001

4 1.325 1.5 1.325 -0.001 0.875 0.000

5 1.325 1.325 1.325 - - -




c. Metode Newton Rhapson dengan harga awal 1,0 dan epsilon 0,001

Dimana

| |

n xn F(xn) f’(xn)

0 1 -1 2

1 1.5 0.875 5.75

2 1.348 -0.234 4.450

3 1.325 -0.037 4.268

4 1.325 - -


d. Metode Secant dengan harga awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001

Dimana *

+

| |

n xn-1 xn F(xn) f’(xn)

0 1 1.5 -1 0.875

1 1.5 1.267 0.875 -0.234

2 1.267 1.316 -0.234 -0.037

3 1.316 1.325 -0.037 0.002

4 1.325 1.325 - -


2. SPAL:

[

] [

] [

]

metode eliminasi Gauss

[

]



[

] dst...

Cara yang digunakan sama seperti yang diajarkan dalam aljabar linear, hingga diperoleh

matriks segitiga atas. Dan diperoleh

[

] [

] [

] [

]

Substitusi Balik :

d = 1

c - 0,582d = 0,417

c = 0,999 c = 1

b – 7,5c + 4,625d = -1,875

b = 1

a + 3b -4c + 4,75d = 4,75

a = 1



UJIAN AKHIR SEMESTER GANJIL 2008/2009

PERISTIWA PERPINDAHAN

Waktu : 90 menit

Sifat Ujian : Open Book

1. Udara bertekanan atmosferik dengan suhu 950 C mengalir dengan kecepatan 20 m/s di

atas pelat datar terbuat dari naftalena dengan panjang 80 cm dan lebar 60 cm. Udara

mengalir searah dengan panjang pelat. Pengukuran eksperimen menunjukkan bahwa

konsentrasi molar naftalena di udara, CA, sebagai fungsi jarak x dari pelat adalah sebagai

berikut :

Hitung fluks molar naftalena dari permukaan pelat pada kondisi tunak!

Koefisien difusi naftalena (A) dalam udara (B) pada 950 C adalah

(ƊAB)368 = (ƊAB)300

⁄ = (0.62 x 10-5

)

⁄ = 0.84 x 10-5

m2/s

Asumsikan bahwa konsentrasi molar total C sama dengan konstan dan pelat naftalena juga

berada pada temperature 950 C.

2. Perhatikan sebuah pelat berbentuk persegi panjang dengan tebal 2L terlihat pada gambar.

Mula-mula konsentrasi spesies A di dalam plat tersebut seragam, yaitu sebesar CA. pada t = 0

permukaan pada z = ± L dijaga konstan pada konsentrasi CA1. Untuk menghitung jumah spesi

A yang berpindah ke dalam plat, kita harus terlebih dahulu menghitung distribusi konsentrasi

spesi A di dalam pelat sebagai fungsi dari posisi dan waktu

X

(cm)

CA

(mol /m3)

0 0.117

10 0.093

20 0.076

30 0.063

40 0.051

50 0.043



SOAL UJIAN AKHIR

Mata Kuliah : PERISTIWA PERPINDAHAN

Dosen : Dr.Ir. Slamet, MT dan Ir. Yuliusman, MEng

Hari/tgl : Kamis, 11 Desember 2008

Waktu : 120 Menit

Sifat Ujian : Open Book

1. Terkait dengan aliran fluida TURBULEN dalam pipa, jelaskan secara singkat hal-hal

berikut (20%) :

a. Jelaskan mekanisme perpindahan momentum, energi, dan massa pada aliran

turbulen. Bagaimana pengaruh bilangan-bilangan tak berdimensi Re, Pr, Sc

terhadap distribusi kecepatan, temperatur, dan konsentrasi pada aliran turbulen.

b. Apa yang dimaksud dengan radius hidrolik (Rh)? Bagaimana cara menentukan Rh

pada aliran fluida yang melalui ruang annulus kosong dan annulus yang berisi

tumpukan padatan?

2. Dalam suatu slurry TiO2 (campuran partikel padatan TiO2 dalam air) yang mempunyai

pH=3, akan dipisahkan partikel padatannya dengan cara pengendapan dalam sebuah

tangki yang tingginya 50 cm. partikel padatan TiO2 tersebut berbentuk bola dengan

densitas (ρs) = 3,9 gr/cm3 sedangkan air mempunyai densitas (ρ) dan viskositas (µ)

masing-masing 1 gr/cm3

dan 0,01 poise. Ukuran partikel TiO2 dalam slurry berubah-

ubah tergantung dari pH slurry tersebut (lihat gambar).

a. Hitunglah waktu yang diperlukan agar semua padatan TiO2 dalam slurry dapat

mengendap secara sempurna di dasar tangki.

b. Menurut analisis Anda bagaimana caranya mempersingkat waktu pengendapan

TiO2 dari slurry tersebut. Buatlah perhitungan secukupnya untuk mendukung

pendapat anda.



Final Exam Transport Phenomena

Date : 14 December 2009

Lecturer : Dijan Supramono

1. Conduction. A steel pipe having inside diameter of 1.88 cm and wall thickness of 0.391

cm is subjected to inside and outside surface temperature of 367 K (Ti) and 344 K (To),

respectively. Thermal conductivity of steel 42.90 W/(m.0C).

a. Show the Fourier’s law for this conduction in cylindrical system.

b. Show a formula expressing heat flux as a function of (Ti-To)

c. Find the heat flow rate per m of pipe length (Watt/m)

2. Forced convection. Air entering a tube of diameter 5.08 cm is at 1 atm and 1500 C. it is

heated as it moves through the pipe at velocity 8 m/s. assume that constant heat flux exists at

the wall an that the wall temperature is everywhere 200 C above the air temperature.

Air at 1500 C and 1 atm has the following properties :

Density = ρ =0.837 kg /m3

Viscosity = µ = 2.38 x 10-5

kg /ms

Thermal conductivity = 0.0352 W/(m.0C)

Specific heat = Cp =1017 J/(kg. 0

C)

Prandtl number = Cp

⁄ = 0.688

Determine

a. Reynolds number of air in the pipe b. Nusselts number of air in the pipe

c. Heat flow per unit length of tube (Watt/m)

d. Mass flow rate of air (kg/sec)

e. Bulk temperature rise of air (ΔT) in 2 m length of pipe (oC)

3. Molecular diffusion. A solid sphere of naphthalene (A) with radius of 2.5 mm is

surrounded by still air (B) at 300 K and 1 atm (1 atm= 1.01325 x 105

N/m2). Take the surface

temperature of the naphthalene as 300 K and its vapor pressure at this temperature as 0.104

mmHg. The diffusivity of naphthalene in air at 318 K is 6.92 x 10-6

m2/sec. molecular

diffusion is through an air film of thickness 2.5 mm (=R2-R1). [DAB at T1 x (T2/T1)3/2

; R =

gas constant= 8314 m3.Pa/(kg.mole.K) ; pA at R2 = 0; for low driving force, log mean of B

can be assumed to be arithmetic mean]

Determine

a. Partial pressure of A at its surface (R1), pA1 (N/m2)

b. Diffusivity of A in B at 300 K (m2/sec)

c. Arithmetic mean of pB (N/m2)

d. Mole flux of A (kg.mole/(m2.sec))



FINAL EXAM TRANSPORT PHENOMENA

CHEMICAL ENGINEERING DEPARTEMENT-FACULTY OF ENGINEERING

UNIVERSITY OF INDONESIA

DECEMBER 9TH

,2009

1. Engine oil flows through a 0.003 m diameter tube that is 30 m long. The oil enters at

600 C and the wall temperature is kept at 100

0 C. find the oil outlet temperature and

the average heat transfer coefficient.

2. A 0.025-m-diameter cylinder whose temperature is 1500 C is placed in air stream (1

atm,380 C) whose velocity is 30 m/sec. what is the heat loss per meter of length for

the cylinder?

3. Oxygen diffuses through carbon monoxide (steady state). The carbon monoxide is

stagnant. Temperature and pressure are 00 C and 1 x 10

5 N/m

2. Oxygen partial

pressure are 13000 and 6500 N/m2 at two planes 3 mm apart. Mixture diffusivity is

1.87 x 105 m

2/sec. what is the oxygen rate of diffusion per plane square meter?



PERISTIWA PERPINDAHAN

Dosen : Dr.Ir. Slamet dan Ir.Yuliusman, MSc

Hari/tgl : Rabu, 16 Desember 2009

Waktu : 150 menit

1. Nanofluida adalah campuran antara suatu fluida cair dengan nanopartikel tertentu

(partikel padatan dengan ukuran < 100 nm). Hasil riset terkini di DTK menunjukkan

bahwa nanofluida yang disintesis dari air (ρ = 1000 kg/m3 dan µ = 10

-3 kg.m

-1.det

-1) dan

partikel TiO2 (ρ = 3.8 g/cm3) akan mengendap dengan waktu pengendapan yang berbeda-

beda, tergantung merode sintesisnya. Jika nanofluida tersebut dibuat (dalam beaker glass

setinggi 10 cm) dengan metode pengadukan mekanik, baru sekitar 2 jam sudah terjadi

pengendapan partikel TiO2. Namun jika pengadukan dilakukan secara ultrasonik (yang

dapat memecah agregat partikel) partikel TiO2 tersebut dapat bertahan tanpa mengendap

sekitar 5 hari. Dengan didukung dengan perhitungan seperlunya, buatlah analisis terhadap

hasil riset tersebut.

2. Dalam keadaan darurat, kebutuhan air di Departemen Teknik Kimia harus dapat disuplai

sendiri. Untuk keperluan tersebut, Anda diminta untuk merancang sistem perpipaan yang

dapat mengalirkan air tanah (dengan kedalaman 25 m) ke dalam tangki air DTK yang

ketinggiannya 50 m. jarak antara sumber air tanah dengan tangki air DTK sekitar 50 m.

jika Anda diberi kebebasan untuk menentukan spesifikasi pompa, pipa, dan berbagai

aksesorisnya, buatlah rancangan sistem perpipaan tersebut (sketsa beserta

perhitungannya) yang dapat mengalirkan air dengan debit minimal 100 liter/ menit.

Tuliskan berbagai asumsi yang digunakan beserta alasannya.

3. Cerobong asap suatu industri kimia mengeluarkan gas buang yang terkontaminasi oleh

amoniak (NH3) dengan konsentrasi 2.5 % volum. Untuk memenuhi baku mutu emisi gas

buang industri, maka gas dari cerobong asap tersebut harus diolah hingga konsentrasi

maksimum NH3 sebesar 200 ppm. Air murni dengan debit 100 ft3/jam digunakan sebagai

pelarut untuk menyerap gas amoniak dalam sebuah kolom absorber. Bila campuran gas

buang amoniak tersebut masuk ke dalam kolom absorber dengan debit 1000 ft3/menit (T=

700 F dan P= 1,5 atm), tentukan kolom absorber yang harus dirancang (diameter D dan

tinggi L) jika rasio L/D =5. Diketahui keseimbangan fasa amoniak dalam fasa cair dan

gas mengikuti persamaan : yAo = (1.07).xAo dan koefisien transfer massa kxa dan kya

masing-masing 2.31 dan 4.63 lbmol/(jam.ft3)



Final Exams Transport Phenomena

Date : December 22th

, 2010

Lecturer : Dijan Supramono

1. Steady state conduction. A steam pipe of 1.5 inch = 38.1 mm OD is to be covered with

two layers of insulation with each thickness is 1 inch = 25.4 mm. the thermal conductivity

of one insulation material is 5 times that of the other.

a. What is q1 (J/s) = function of (T1-T3) on left system?

b. What is q2 (J/s) = function of (T1-T3) on right system?

c. How much will the heat transfer be reduced (%) when the better insulating material is

next to the pipe than when it is the outer layer?

k2 = 5k1

r1 = 0.75 inch = 19.05 mm; r2 = 1.75 inch = 44.45 mm; r3 = 2.75 inch = 69.85 mm

T1 = outside surface temperature of the pipe

T2 = outside surface temperature of the insulation next to pipe

T3 = outside surface temperature of the outer insulation

L = length of pipe

2. Unsteady-state Conduction. The initial uniform temperature of a long aluminium rod,

0.203 m dia, is 380 C. the rod is suddenly immersed, at time=0, in a medium at

temperature 5380 C. the value of thermal diffusivity α of aluminium = k/ (ρ. Cp) = 0.196

m2/hr and m = k/ (h.rm) = 2.

a. Determine the value of abscissa of the graph after 10 minutes of its immersion.

b. Determine the temperature at the center line after 10 minutes of its immersion (0C).

c. Determine the temperature at surface after 10 minutes of its immersion (0C).



UAS 2005/2006

ILMU BAHAN DAN KOROSI

TGL:1 JUNI 2006;

1. Jelaskan hal-hal berikut :

a. Faktor-fator yang perlu diperhatikan dalam pemilihan bahan.

Kekuatan ketahanan fisik suatu bahan.

Ketahanan korosi kemampuan suatu bahan untuk bertahan agar tidak terkorosi

oleh lingkungan maupun zat kimia.

Ketersediaan kemudahan untuk mendapatkan bahan tersebut dan seberapa

banyak ketrsediaannya di alam ini.

Appearance (tampilan) bentuk fisik dari suatu bahan.

Kemampuan fabrikasi kemampuan suatu bahan untuk diolah menjadi bentuk

lain.

Biaya

b. Kerugian akibat korosi pada industri kimia.

Jawab:

Penampilan Suatu peralatan proses yang terkorosi dapat merusak penampilan

dari peralatan tersebut sehingga kurang enak untuk dilihat.

Plant Shutdown (Pabrik terhenti) - peralatan proses yang terkorosi dapat

menyebabkan peralatan proses tersebut rusak sehingga dapat menyebabkan

pabrik mati secara tiba-tiba,

Produk terkontaminasi . biasa terjadi pada industri farmasi atau makanan

sehingga menyebabkan produk tersebut dapat berbahaya untuk dikonsumsi.

Kehilangan Produk berharga pada industri nuklir korosi dapat menyebabkan

peralatan proses menjadi berlubang sehingga dapat menyebabkan Hilangnya

uranium yang sangat berharga tersebut.

Safety dan Reliability korosi dapat mengancam keselamatan suatu industri

yang memproses bahan-bahan berbahaya seperti : asam sulfat,asam nitrat pekat,

radioaktif, dan lain-lain.



c. Tuliskan reaksi anodik dan katodik yag terjadi pada proses korosi Zn di dalam HCI

yang teraerasi. Gambarkan pula mekanisme reaksinya.

Jawab:

Reaksi katodik yang terjadi ada 2 yaitu :

Reduksi oksigen : O2 + 4H+ + 4e

- 2H2O

Evolusi hydrogen : 2H+ + 2e

- H2

Reaksi Anodik : Zn Zn2+

+ 2e-

2. Apa yang dimaksud dengan pasivitas logam? Jelaskan dan gambarkan kurva yang

menerangkan terjadinya fenomena ini.

Jawab:

Pasivitas logam adalah berkurangnyan reaktivitas kimia logam dan alloy pada kondisi

lingkungan tertentu, dimana lgam dan alloy teftentu menjadi inert dan bertindak seolah-

olah sebagai logam mulia.

3. Jelaskan mengenai korosi di bawah ini:

a. Proses quenching sangat berpengaruh pada korosi intergranular. Jelaskan tentang hal

ini. Bagaimana cara meminimalisasi korosi intergranular pada stainless steel.

Jawab:

cara untuk meminimilisasi korosi Intergranular pada Stainless Steel

yaitu sebagai berkut :

Menggunakan temperature tinggi pada saat dilakukannya perlakuan panas(Heat

Treatment). Biasa disebut quench-annelling atau solution quenching,

Menambah unsure yang berfungsi sebagai penguat pada daerah batas

grain(stabilizer).

Memperkecil kandungan karbon hingga dibawah 0,03%

Proses Quenching sangat berpengaruh pada korosi intergranular yaitu Quenching

yang lambat akan mendorong terbenknya intergranular yang lebih banyak.



b. Jelaskan proses auto katalitik pada korosi pitting dan bagaimana pencegahan jenis

korosi ini.

Jawab:

Proses autokatalitik pada korosi pitting yaitu sebagai berikut :

Pertama, reaksi reduksi oksigen pada permukaan suatu logam dan hal ini akan

menyebabkan secara stimulan dan propagasi reaksi oksidasi suatu logam

Sehingga pada rongga tersebut konsentrasi MX ( X : reasi halogen) sangat tinggi,

dan menyebabkan reaksi hidrolisis sebagai berkut :

M+X

- + H2O--- M

+OH

- + H

+X

-

Dengan adanya reaksi tersebut yang menghasilkan ion H+ dan OH

- yang

dapat

mendorong semakin cepat reaksi oksidasi logam tersebut.

Pencegahan korosi pitting yaitu sebagi berikut :

Menggunakan pengelasan untuk penyambungan daripada dengan skrup atau baut

pada sambungan-sambungan peralatan baru.

Menutup lubang-lubang kecil baik dengan pengelasan maupun dengan solder.

Melakukan pemeriksaan secara berkala dan membersihkan endapat yang ada.

Merancang alat dengan system drainase yang baik, hindari design sudut-sudut dan

daerah stagnant. Hal ini untuk mencgah terjadinya penumpukan endapan di bagian

bawah alat tersebut.

Menggunakan bahan Teflon sebagai pelapis jika mungkin.

c. Jelaskan 2 mekanisme terjadinya korosi fretting dan sebutkan syarat terjadinya korosi

ini.

Ada 2 konsep yang dapat memberikan gambaran mechanism tejadinya korosi

fretting, yaitu :

1) Wear-oxidation theory mekanisme ini berdasarkan konsep bawa terjadi rekatan

pada 2 ujung yang berhadap-hadapan dari masing-masing permukaan logam dan

akibat gerakan/vibrasi akan terbentuk pecahan logam. Pecahan yang ukurannya

sngat kecil dan mengalami pemanasan akibat gesekan, dengan kondisi itu maka



pecahan akan mudah teroksidasi. Pecahan yang sudah teroksidasi akan

terakumulasi dan menyebabkan fretting.

2) Oxidation-wear theory hipotesa mekanisme ini didasarkan pada kebanyakan

permukaan logam dilindungi dengan lapisan film tipis (oxide layer). Jika logam

bergesekan degan beban tertentu maka terjadi pecahan pada lapisan film tersebut

dan pecahan ini akan memicu terjadinya fretting.

4. Jika anda seorang konsultan di bidang korosi dan anda diminta untuk memberikan

pertimbangan teknis pemasangan pipa transmisi gas yang cukup besar dan panjang

disuatu lahan yang tanahnya relatif asam. Apa saja yang harus anda lakukan dan jenis

proteksi apa yang anda usulkan. Gambarkan skemanya.

Jawab:

Proteksi yang diusulkan : Cathodic Protection dengan Impressed Current

Suatu rectifier mensuplai impressed current untuk polarisasi katodik dengan

mengkonversi arus ac, yang berasal dari sumber listrik menjadi dc.



Pipa yang dipasang dibawah tanah akan menerima arus dc dari suatu elektroda inert yang

yang juga dipasang dibawah tanah. Satu atau beberapa anoda dipasang untuk memberikan

cathodic current untuk melindungi alat dan bahan. Untuk alat yang dipasang di bawah

tanah biasanya digunakan grafit ineft sebagai anoda.

5. Jelaskan-kondisi-kondisi dimana perlu dilakukan monitoring korosi. Sebutkan dan

jelaskan 2 cara monitoring korosi.

Jawab:

a. Jika beresiko tinggi, yaitu proses dengan tekanan tinggi, temperatur tinggi, mudah

terbakar, mudah meledak, dan beracun.

b. Jika gangguan proses dapat menyebabkan korosifitas yang tinggi.

c. Jika perubahan pada kondisi operasi dapat menyebabkan perubahan laju korosi yang

signifikan.

d. Jika menggunakan corrosion inhibitor.

e. Pada proses batch, jika konstituen korosif terakumulasi karena siklus yang berulang.

f. Jika bahan baku proses diganti.

g. Jika keluaran pabrik atau parameter_ operasi diubah dari spesifikasi desain

h. Pada saat evaluasi perilaku korosi dari berbagai alloy.

i. Jika menjadi perhatian utama adalah kontaminasi produk yang disebabkan oleh

korosi.



UJIAN AKHIR SEMESTER

ILMU BAHAN

TANGGAL 26-03-2007

1. Jawablah pertanyaan berikut ini:

a. Penguatan logam dapat juga dilakukan melalui penguatan dari batas kristal. Jelaskan

dengan rinci.

Jawab:

Penguatan logam dapat dilakukan melalui penguatan dari batas kristal karena batas

kristal dari logam adalah daerah pertemuan antara kristal, sehingga pada daerah

tersebut letak atom-atomnya menjadi tidak teratur. Atom-atom pada batas Kristal

mempunyai mobilitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan atom-atom di dalam

kristalnya. Karena itu bila terjadi deformasi plastis maka dislokasi pada umumnya

terjadi dari batas Kristal dan kemudian bergerak di dalam dan akhirnya berhenti pada

batas kristal berikutnya. Ini berarti di samping sebagai tempat permulaan dislokasi,

batas Kristal juga berlaku sebagai penghalang dislokasi. Maka seharusnya dipilih jenis

kristal pada logam yang mempunyai kemampuan penghalang yang baik (dapat

memberikan halangan yang berarti terhadap pergerakan dislokasi, biasanya adalah

kristal majemuk).

b. Kristal yang bagaimana yangdapat dipakai?

Jawab:

Kristal yang dapat dipakai adalah kristal logam yang memiliki kemampuan

penghalang yang besar sehingga semakin besar rintangan yang terjadi maka semakin

besar energy yang diperlukan untuk menggerakkan dislokasi oleh karena itu krital

yang dapat dipakai adalah kristal majemuk agar diperoleh kekuatan yang tinggi.

2. Reaktifitas merupakan sifat kimia daripada logam. Uraikan dengan jelas yang termasuk

dalam grup diatas.

Jawab:

Pada umumnya logam memiliki reaktivitas yang bervariasi. Diantaranya reaksi padat

sebagai berikut:

a. Pertumbuhan Butir: Atom melintas batas butir, tidak ada perubahan komposisi, tidak

ada perubahan bentuk kristal dan tidak ada butir baru terbentuk. Butir-butir kecil

tergabung ke dalam butir besar sehingga terbentuk pertumbuhan butir.



b. Rekristalisasi: Terbentuk butir baru yang sempuma, hanya pengaturan atom secara

lokal, tidak ada perubahan fasa dan tidak ada perubahan stuktur kristal.

c. Perubahan Polimorfi: Terbentuk fasa baru, tetapi tidak ada perubahan komposisi,

hanya ada pergerakan atom sedikit saja.

d. Pelarutan: Menghilangnya fasa semula dan larut dalam fasa utama dapat terjadi,

sehingga terbentuk difusi besar-besaran.

e. Reaksi Eutektoid: Pada waktu pendinginan dan pemanasan, akan pecah suatu fasa

menjadi dua fasa padat baru.

3. Bagaimana proses fatigue terjadi dan apa saja syarat-syaratnya yang diperlukan. Uraikan

dengan rinci.

Jawab:

Kelelahan/fatigue: Ketahanan logam terhadap siklus pembebanan berulang atau dinamis.

Kelelahan mengakibatkan patah yang terlihat rapuh, tanpa deformasi pada patahan

tersebut. Kondisi yang menimbulkan terjadinya kelelahan thermal ini karena adanya sifat

muai panas dari logam. Pada saat pemanasan maka logam akan memuai dan sebaliknya

terjadi kontraksi pada saat pendinginan. Peristiwa ekspansi-kontraksi inilah yang

menimbulkan siklus tegangan. Semakin tinggi tegangan dinamis yang bekerja maka

jurnlah siklus pembebanannya semakin kecil, begitu pula sebaliknya.

Faktor-faktor yang dapat menimbulkan kegagalan/fatigue adalah :

(a) Adanya siklus pembebanan yang berulang atau dinamis secara terus-menerus.

(b) Tegangan dinamis lnaksimum yang bekerja cukup besar.

(c) Desain kontruksi yang rentan terhadap fatigue.

4. Bagaimana pengaruh elemen Si (dalam persen) terhadap paduan dalam baja. Jika ditinjau

dari sifat fisis, kimia, dan mekanis. Uraikan dengan jelas.

Jawab:

Pengaruh elemen Si (Silisium) terhadap paduan dalam baja adalah unsur ini apabila

ditambahkan ke semua baja berperan sebagai elemen deoksidasi. Si dapat menaikkan

kekuatan baja tanpa menurunkankeuletannya (berfungsi sebagai penyetabil sementit).



UJIAN AKHIR SEMESTER

ILMU BAHAN DAN KOROSI

SEMESTER GENAP 2OO7 -2008

DOSEN: DR.IR. ASEP HANDAYA SAPUTRA, MENG.

1. Jelaskan proses terjadinya Stress Corrosion Cracking dan Fatigue Corrosion dan apa

yang membedakan kedua jenis korosi tersebut. (10)

Jawab:

Stress Corrosion Cracking dan Fatique Conosion, keduanya merupakan jenis korosi yang

timbul akibat adanya pembebanan terhadap logam. Perbedaannya terletak pada

pembebanan yang diberikan terhadap logam tersebut. Pada Stress Conosion Cracking,

logam terkorosi akibat adanya suatu beban yang diberikan di permukaan logam dalam

waktu yang lama, sedangkan pada Fatique Corrosion, logam terkorosi karena adanya

pembebanan yang berulang-ulang di permukaan logam.

2. Sebutkan dan jelaskan cara kerja dua jenis corrosion monitoring. (10)

Jawab:

a. Sand / Erosion Monitoring : merupakan teknik yang dirancang untuk mengukur

erosi di dalam suatu aliran. Metode ini banyak digunakan pada sistem produksi

minyak dan gas dimana banyak mengandung partikulat.

b. Hydrogen Penetration Monitoring : merupakan jenis monitoring yang bekerja

dengan prinsip sensor hydrogen, yaitu mendeteksi jumlah penyerapan hydrogen oleh

baja dengan pengukuran mekanikal atau elekhokimia. Selain itu, metode ini juga

digunakan sebagai indikasi kualitiatif tedadinya korosi.

3. Jelaskan dan buatlah gambar sketsa sistem proteksi katodik sacrifcial anode dan

impressed current. Sebutkan kelebihan dan kekurangan masing-masing. (30)

Jawab:

Sacrificial anode;

Kelemahan:

o Keluaran arus terbatas

o Tidak efektif bila resistivitas elektrolit tinggi

o Tak cocok untuk struktur besar yang perlu arus proteksi besar



Kelebihan:

o Tidak perlu listrik

o Pemasangan mudah

o Tidak ada interaksi

o Overproteksi ringan

o Cocok untuk arus kecil

o Cocok untuk daerah yang padat

struktur

o Distribusi arus merata

o Tidak perlu pemeliharaan

o Cukup inspeksi rutin

o Tidak perlu biaya operasi

4. Perkirakan jumlah anoda yang dibutuhkan dalanr sistem proteksi korosi menggunakan

sacrificial anode serta distribusinya. Susunan pipa yang akan diproteksi dapat dilihat

pada gambar dibawah ini. (50)

Beberapa kondisi yang diketahui adalah sebagai berikut:

o Soil resistivity rata-rata:4500 Ohm.cm

o Cunent density =9 m/m2

o Tipe Anoda: Magnesium

Berat = 12 pon

R = 8,89 cm

L = 53,54 cm

Driving Voltage = 2,36 volt

o Coating efisiensi 60%

o Lifetime = 15 tahun



Ujian Akhir Semester Kimia Analisis, Semester Gasal 2005

Senin, 28 Desember 2005,

Waktu (90 menit),

Sifat Ujian : Buku terbuka

Soal No. 1(nilai 40)

Anda adalah senior engineer di refinery plant. Fraksi tertentu dari hasil kilang minyak

bumi ini dapat digunakan sebagai bahan baku untuk suatu produk kimia atau digunakan

sebagai pelarut, media, pembawa/ carrier bahan lain dalam suatu proses industri. Anda

diminta menjelaskan suatu fraksi tertentu dan mengidentifikasi struktur senyawa tersebut.

Setelah struktur senyawa itu teridentifikasi dan aplikasinya diketahui, anda diminta

mencampurnya dengan suatu aditif sehingga senyawa tersebut memiliki aplikasi khusus dan

nilainya bertambah. Senyawa yang anda pisahkan tersebut ternyata memiliki daya melarutkan

senyawa organik yang tinggi tapi dengan nilai konstanta dielektrik yang rendah, sehingga

tergolong senyawa tidak polar. Di laboratorium anda mengidentifikasi senyawa tersebut

menggunakan Mass Spectrometer, IR Spectrometer dan NMR Spectrometer. Hasil

pengamatan sampel sbb:

Spektroskopi Massa : diperoleh informasi bahwa senyawa ini memiliki m/e sebesar

120, dan analisis komponen sebagai berikut : 90.01% C, dan 9.99% H

Spektroskopi IR dan NMR: terlihat pada spektra terlampir.



Tugas :

a. Jelaskan tentang rumus molekul senyawa tersebut yang diperoleh dari spektroskopi massa.

Apakah anda dapat menentukan jumlah ketidakjenuhannya dan memperkirakan golongan

senyawa ini?

b. Informasi apa saja yang diperoleh dari spektra Spektroskopi Inframerah untuk puncak

absorpsi A,B,C,D, dan E?

c. Jelaskan berdasarkan spektroskopi NMR untuk hal berikut :

1. Mengapa terjadi pergeseran kimia (chemical shift) pada inti (proton) suatu gugus

molekul dan faktor apa saja yang mempengaruhi besarnya pergeseran kimia tersebut.

2. Informasi apa yang diperoleh dari posisi pergeseran kimia (chemical shift) serta

adanya split pada puncak spektra NMR?

d. Gunakan informasi semua data spektroskopi yang dipakai untuk menentukan struktur

senyawa.

Berikan argumentasi dalam menentukan struktur yang tepat.

Soal no. 2(nilai 40)

Salah satu hasil suatu pabrik kimia adalah senyawa ester. Penelitian mengenai produknya

menunjukkan terdapat tiga jenis ester yang terbentuk, yaitu metil asetat, metil propionat, dan

metil butirat.

Dari hasil analisa GC terhadap sampel yang dianalisa pada suhu 350oC, menunjukkan hal

berikut :

Area (unit luas) (RT), menit Respon faktor, area/mol

Metil asetat 20517 0,96 5433,11

Metil propionat 54853,5 1,38 18166,67

Metil butirat 29340,5 1,62 8359,94

Diketahui jenis kolom yang digunakan adalah kolom gas kuropack dengan diameter kolom

sebesar 5 mm dan panjang kolom sebesar 2 m. Dalam kalibrasi dengan menggunakan larutan

standar masing-masing diperoleh Respon faktor seperti tertulis pada tabel.

Tugas :

a. Bagaimana anda dapat menentukan jumlah mol masing-masing ester tersebut.

b. Bagaimana anda menetapkan faktor selektivitas kolom terhadap pemisahan metil propionat

dan metil butirat? Diketahui puncak fasa gerak muncul pada 0.45 menit.



c. Bagaimana anda menentukan nilai resolusi kolom untuk pemisahan metil propionat dan

metil butirat jika diketahui lebar dasar puncak masing-masing adalah 0.21 menit dan 0.31

menit?

d. Apakah resolusi kolom tersebut sudah optimum? Jelaskan.

e. Tentukanlah waktu elusi agar pemisahan metil butirat optimum?

Soal no. 3 (nilai 20)

Anda sedang melakukan penelitian tentang kandungan logam arsen dalam sungai ciliwung.

Spektroskopi serapan atom dapat digunakan untuk mengamati kandungan arsen tsb.

Penelitian di laboratorium yang anda lakukan adalah sebagai berikut :

Anda memasukkan masing-masing 500 mL cuplikan air sungai ke dalam lima buah labu ukur

1000 mL. Larutan standar arsen dengan konsentrai 25 ppb ditambahkan ke dalam labu

tersebut dengan berbagai variasi volume dari 0-200 mL kemudian diencerkan. 5 mL larutan

diambil dari setiap labu ukur untuk dianalisis dengan AAS. Diketahui Vs, Vx dan Vt adalah

berturut-turut volume larutan standar arsen, volume cuplikan air sungai dan volume total

larutan dalam labu ukur. Sedangkan Cx dan Cs adalah konsentrasi arsen dalam larutan

cuplikan dan dalam larutan standar. Dengan membuat plot antara absorbansi (A) dan volum

larutan standar arsen diperoleh suatu garis linier dengan persamaan Y=a+bX, di mana a

sebagai intersep dan b adalah kemiringan garis linier.

Tugas :

a. Bagaimana memperoleh persamaan garis linier yang mengkaitkan absorbansi dengan

volume larutan standar, larutan cuplikan, dan volum total serta konsentrasi larutan

standar maupun cuplikan.

b. Bila kemiringan garis/ intersep menghasilkan nilai sebesar 300 satuan volum (mL)

bagaimana anda menentukan konsentrasi arsen dalam air sungai (satuan ppb)



Jawaban

Soal no. 1

a. Dari MS diketahui BM sample adalah 120 dengan 90.01%C; 9.99%H; maka

Maka rumus molekul dari senyawa tersebut adalah C9H12

Jumlah ketidakjenuhan dari senyawa tersebut adalah

Jumlah ketidakjenuhan =

∑ [ ]

[ ]

Ketidakjenuhan senyawa ini adalah 4. Dilihat dari rumus molekul dan jumlah

ketidakjenuhan dari senyawa ini, dapat diperkirakan bahwa senyawa ini termasuk ke

dalam golongan senyawa aromatik.

b. Dari spektroskopi IR diperoleh

Puncak Ikatan Gugus fungsi

A C-H Alkena/aromatik

B C-H Alkana

C C=C Aromatik

D C-C Alkana

E -(CH2)n Alkana

c. Spektroskopi NMR

1. Pergerseran kimia : posisi frekuensi resonansi sebuah proton tertentu dalam

pengaruh medan magnet luar berkekuatan tertentu. Timbul akibat sirkulasi

elektron mengelilingi inti di bawah pengaruh medan magnet. Perbedaan frekuensi

absorbsi proton akibat perbedaan lokasi letak atom H terikat menimbulkan efek

pergeseran kimia ini. Faktor yang mempengaruhi : faktor induksi, aniosotropi

ikatan kimia, tidak terlindungi van der walls. (baca aja di underwood atau skoog)



2. Dari posisi pergeseran kimia dari spectrum NMR dapat dilihat bahwa terdapat 5

lingkungan atau lokasi letak atom H terikat yang berbeda dengan perbandingan

5:2:2:3 perbandingan ini adalah perbandingan real dari atom H.

5: singlet : atom tersebut tidak memiliki proton tetangga yang memiliki

lingkungan yang berbeda.

2:triplet : atom ini memiliki 2 proton tetangga dengan lingkungan berbeda.

2: sekstet : memiliki 5 proton tetangga dengan lingkungan berbeda

3: triplet : memiliki 2 proton tetangga dengan lingkungan berbeda

d. Struktur senyawa sampel dengan rumus molekul C9H12.

Dari spektrum IR diketahui bahwa senyawa ini memiliki gugus aromatik dan alkana.

Pemilihan aromatik dikarenakan cincin benzena memiliki ketidakjenuhan sama

dengan senyawa ini yaitu 4 dan juga rumus molekul senyawa yang perbandingan C :

H nya kecil

a : 3 triplet : memiliki proton tetangga b yang berjumlah 2

b : 2 sekstet : memiliki 5 proton tetangga dengan lingkungan yang berbeda. 3 dari

proton a dan 2 dari proton c

c : 2 triplet : memiliki 2 proton tetangga dari lingkungan b

d : 5 singlot : tidak dipengaruhi oleh proton tetangga manapun karena tidak ada

yang berdekatan.



Soal no. 2

a. Jumlah mol masing-masing ester

Area RT Respon faktor Faktor kalibrasi (F) Jumlah mol

(F x Area)

Metil asetat 20517 0.96 5433.11 0.00018 3.78

Metil propionate 54853.5 1.38 18166.67 0.000055 3.02

Metil butirat 29340.5 1.62 8359.94 0.00012 3.51

b. (tR)metil propionat = 1.38 menit

(tR)metil butirat = 1.62 menit

Tm = 0.45 menit

c. Wmetil propionat = 0.21 menit

Wmetil butirat = 0.31 menit

d. Bisa diliat dari properties kolomnya. Trus diitung oleh resolusi kolom idealnya n

dibandingin ama resolusi kolom hasil perhitungan sebelumnya, udah optimum atau

belum ... (baca ada di buku analytical chemistry, skoog).

e. e) idem... kalo udah dapet Rs yang optimum tinggal diitung tRnya, rumusnya juga ada

disitu koq....

Soal no. 3

a. Persamaan garis linier

Dari data yang ada diketahui volume dan konsentrasi larutan standar, volume dan

absorbansi total. Dengan persamaan di atas diplot AT.VT sebagai sumbu x dan Vscs

sebagai sumbu y. Sehingga diperoleh suatu kurva kalibrasi dengan persamaan garis

linier Y=A+bX.



b. Intersep merupakan titik potong garis linier terhadap sumbu y atau saat x=0 dari titik

pada kurva kalibrasi yang telah dibuat dengan persamaan di atas kita dapat mencari

nilai dari k. Sehingga saat intersep menghasilkan nilai sebesar 300 satuan volum (ml)

dan volume sampel diketahui saat pembuatan larutan analit maka dapat diperoleh nilai

konsentrasi sampel dalam air sungai (satuan ppb) dengan memasukkan nilai-nilai

tersebut ke dalam persamaan garis linier kurva kalibrasi.



UJIAN AKHIR SEMESTER – KIMIA ANALITIK 2010/2011

HARI: KAMIS, 30 DESEMBER 2010; JAM: 13.00-14.30 (90 MENIT)

Pengajar: Ir. Dianursanti, MT

1. Bila dalam suatu percobaan anda menggunakan gas chromatograph. Sampel standar anda

terdiri dari campuran hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene sebagai standar dalam.

Sampel setelah diinjeksikan pada gas chromatograph (GC) yang dilengkapi dengan

electron capture detector (EC). Tinggi puncak akan digunakan sebagai kuantitas senyawa

yang terdeteksi, yang juga terdapat dalam sampel. Hasil yang diperoleh:

Dari 5 µL larutan standar hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene masing-masing

menunjukkan puncak pada 2.7 dan 8.2 menit.

Sebanyak 5 µL dari campuran sampel standar menghasilkan data sbb:

# Hexachlorobenze

ne (mL)

Pentachlorobenze

ne (mL)

Tinggi puncak

hexachloroben

zene (mm)

Konsentrasi (ml/ml)

hexachlorobenzene

dalam sampel standar

1 0.1 1.9 3.75 5 %

2 0.2 1.8 7.50 10 %

3 0.3 1.7 11.25 15 %

4 0.4 1.6 15 20 %

5 0.5 1.5 18.75 25 %

Dengan cara yang sama seperti sampel standar, dari hasil injeksi 5 µL sample air

minum diperoleh punak pada 2.7 menit dengan tinggi senilai 9.25 mm

Pada salah satu campuran standar hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene yang

digunakan menunjukkan data sbb: lebar dasar puncak pada hexachlorobenzene dan

pentachlorobenzene berturut-turut adalah 1.56 menit dan 2.85 menit.

Pertanyaan:

a. Bagaimana anda menentukan kandungan hexachlorobenzene dalam sampel air minum

tersebut?

b. Jika diketahui panjang kolom yang digunakan adalah 30,0 cm, menurut anda apakah

panjang kolom tersebut sudah menghasilkan resolusi terbaik?

c. Jika menurut anda panjang kolom di atas belum optimum, berapa panjang kolom yang

seharusnya diperlukan?



d. Bagaimana anda menjelaskan prinsip dasar pemisahan dalam kromatografi secara

umum?

2. Suatu larutan yang mengandung Cr akan ditentukan konsentrasinya dengan memipet 10

ml masing-masing ke dalam 2 labu yang berukuran 50 ml. Larutan standar yang

mengandung 15.5 ppm Cr ditambahkan ke dalam labu dan kemudian larutan diencerkan

sesuai dengan volume labu ukur. Larutan tersebut dianalisis menggunakan AAS sehingga

diketahui kandungan Crnya. Dari data absorbansi semua sampel, Anda membuat plot

antara absorbansi (A) dengan volume standar (Vs) sehingga diperoleh persamaan

A=a+bVs dengan a adalah intersep dan b adalah kemiringan kurva linier. Diketahui nilai

a/b=15 unit. Dan volume sampel=Vx, konsentrasi analit dalam sampel=Cx, serta

konsentrasi Cr dalam larutan standar= Cs.

a. Bagaimana anda menentukan konsentrasi Cr dalam sampel?

b. Apakah perbedaan spektroskopi emisi nyala dan spektroskopi atom?



Jawaban

1a. plot konsentrasi hexaclorobenzene (ml/ml) versus tinggi puncak

Dari grafik di atas, dapat disimpulkan bahwa hubungan dari konsentrasi dengan tinggi

puncak adalah sbb:

(

)

(

)

(

)

Karena volume sampel adalah 5 µL, maka

b.

Panjang kolom tersebut belum menghasilkan resolusi kolom terbaik. Sebab, resolusi kolom

yang dihasilkan bernilai lebih dari 1.5. Hal itu menyebabkan kedua campuran dapat terpisah

dengan baik, namun proses berlangsung terlalu lama sehingga biaya yang digunakan dalam

pemisahan menjadi mahal.

(

)

(

)

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

3.75 7.5 11.25 15 18.75



(

)

(

)

√

√

√

√

√

√

d. Kromatografi adalah metode pemisahan campuran menjadi komponen-komponennya

berdasarkan perbedaan sifat fisiknya. Senyawa yang terlibat dalam pemisahan secara

kromatografi antara lain adalah gas pembawa(fasa stasioner) dan fasa diam. Fasa stasioner

bertugas membawa sampel melalui kolom. Waktu yang diperlukan komponen untuk melalui

kolom (waktu retensi) dipengaruhi oleh kelarutan komponen dalam fasa stasioner. Fasa diam

bertugas sebagai penahan laju komponen di dalam kolom. Pemisahan tercapai karena adanya

interaksi komponen-komponen dalam campuran dengan fasa stasioner dan fasa diam.

Interaksi tersebut menyebabkan waktu retensi dari tiap-tiap komponen dalam campuran

berbeda sehingga dapat dipisahkan.

2 a. (

) (

)

(

) (

) (

)



2 b. Spektroskopi emisi nyala merupakan metode analisis untuk penentuan unsur-unsur yang

berada pada jumlah kecil dengan berdasarkan emisi spontan dari atom bebas atau ion ketika

terjadi eksitasi akibat energy panas atau listrik. Sedangkan AAS adalah metode analisis untuk

penentuan unsur-unsur yang berada dalam jumlah kecil, berdasarkan pada absorbs atau

penyerapan radiasi oleh atom bebas.

Metode AES dapat mendeteksi berbagai unsur pada saat yang bersamaan sementara AAs

cenderung hanya satu unsur.

AES menggunakan polikromator untuk memisahkan spectral pada garis emisi atom

sedangkan AAS menggunakan monokromator.

diktat uas tekim semester 3 sementara!

Documents