downloadfile.ppt

PERISTIWA PERPINDAHANPERISTIWA PERPINDAHAN

Dr.rer.nat. Ir. Yuswan Muharam, M.T.Dr. Ir. Praswasti PDK Wulan, M.T.

TUJUAN PERKULIAHANTUJUAN PERKULIAHAN

• Mahasiswa mampu – memahami konsep dasar perpindahan massa,

energi dan momentum, – menganalisis fenomena yang terjadi di dalam

sistem kontinyu dan tidak kontinyu akibat adanya gaya gerak (driving forces) pada perpindahan momentum, massa dan panas.

• Sistem kontinyu: sistem satu fasa (gas, cair, padat)• Sistem tidak kontinyu: sistem lebih dari satu fasa (gas-

cair, gas-padat, cair-padat, cair 1-cair 2)

SILABUSSILABUS• Perpindahan Molekular dan Konvektif• Perpindahan Antarfasa dan Koefisien Perpindahan• Korelasi Koefisien Perpindahan• Laju Generasi pada Perpindahan Momentum, Energi dan

Massa• Neraca Mikroskopis Keadaan Tunak tanpa Generasi• Neraca Mikroskopis Keadaan Tak-tunak tanpa Generasi• Neraca Mikroskopis Keadaan Tak-tunak dengan Generasi• Aliran turbulens

REFERENSIREFERENSI• Modeling in Transport Phenomena, Tosun, 2002• Transport Phenomena, Bird. 2002• Transport Phenomena of Foods and Biological Materials, Gekas, 1992• Transport Phenomena and Unit Operations. A Combined Approach,

Griskey, 2002• Transport Phenomena - A Unified Approach, Brodkey, 1988• Transport and Chemical Rate Phenomena, Themelis

EVALUASIEVALUASI

• UTS• UAS• Tugas• Kuiz

PENDAHULUANPENDAHULUAN

Dr.rer.nat. Ir. Yuswan Muharam, M.T.

Industri Proses KimiaIndustri Proses KimiaOil refinery Gas plant

LNG plant

• Siapa yang mengoperasikan?

• Siapa yang merancang?

Tugas Tugas Chemical EngineerChemical Engineer

• Mengoperasikan pabrik supaya berjalan sesuai dengan kondisi normalnya.

• Merancang pabrik baru atau meningkatkan kinerja pabrik yang sudah ada.

Berapa Besar Ukuran Pabrik?Berapa Besar Ukuran Pabrik?• Gas plant:

– Kapasitas produksi = 3000 MMScfd

– Kolom distilasi:• Size 1 = 10 m• Size 2 = 15 m• Mana yang kalian pilih?• Mengapa?• Ekonomis!!!Kolom distilasi

Bagaimana Mendesain Kolom Bagaimana Mendesain Kolom Berukuran Optimum?Berukuran Optimum?

• Pahami proses yang terjadi.– Apa prosesnya?

• Pemisahan– Apa prinsipnya?

• Perbedaan titik didih.• Transfer massa zat yang titik

didihnya rendah (mudah menguap) dari fasa cair ke fasa gas.

• Apa ukuran banyaknya zat yang berpindah?– Laju perpindahan massa

(mol/detik)


• Produksi yang diinginkan 3000 MMSdfd– Design engineer I: 200 mol/detik– Design engineer II: 150 mol/detik

• Apa dampaknya terhadap ukuran (tinggi) kolom?– Design engineer I: 10 m– Design engineer II: 15 m

• Mana yang lebih ekonomis?– Design engineer I: 10 m


PRINSIP DASAR DESAIN PROSES ADALAH

MEREKAYASA PROSES SEHINGGA MEMILIKI LAJU PERPINDAHAN SEBESAR-BESARNYA

Apa yang diperlukan?Pemahaman proses perpindahan

• massa• energi• momentum

Ilmu apa yang perlu dipelajari? PERISTIWA PERPINDAHAN

TEKNIK PROSESTEKNIK PROSES

• Teknik Kimia Teknik Proses• Teknik proses:

– Memroses atau mengolah• Bahan baku produk antara, produk akhir• Produk antara produk akhir• Utilitas (uap, air proses, refrijeran, listrik dll)• Limbah

PROSES DI DALAM TEKNIK KIMIAPROSES DI DALAM TEKNIK KIMIA

• Pencampuran• Pemisahan• Reaksi kimia

PROSES DI DALAM TEKNIK KIMIAPROSES DI DALAM TEKNIK KIMIA

1. Proses pencampuran– Garam dicampur dengan air– Gas metana dicampur dengan gas hidrogen– Reaktan A dicampur dengan Reaktan B

TEKNIK PROSESTEKNIK PROSES2. Proses pemisahan

– Distilasi• Pemisahan komponen suatu campuran berdasarkan perbedaan titik didih

– Absorpsi• Pemisahan komponen suatu campuran berdasarkan kemampuan molekul komponen

tersebut melarut di dalam suatu pelarut– Adsorpsi

• Pemisahan komponen suatu campuran berdasarkan kemampuan molekul komponen tersebut menempel pada permukaan molekul adsorben

– Ekstraksi cair-cair• Pemisahan komponen dari suatu pelarut berdasarkan kemudahan komponen tersebut

melarut di dalam pelarut yang lain

3. Reaksi kimia– Perubahan identitas suatu komponen menjadi komponen lain yang identitasnya

berbeda.

TEKNIK PROSESTEKNIK PROSES

• Semua proses itu terdapat – Perpindahan materi (massa)– Perpindahan energi– Perpindahan momentum

“Peristiwa Perpindahan”

TEKNIK PROSESTEKNIK PROSES• Mata kuliah “Peristiwa Perpindahan”

– Inti teknik kimia (proses)– Ibu dari mata kuliah:

• Perpindahan Massa• Perpindahan Panas• Mekanika Fluida

– Nenek dari mata kuliah:• Teknik Reaksi Kimia• Perancangan Alat• Perancangan Pabrik• Simulasi Proses Kimia• Pengolahan Gas Bumi• dll

KONSEP DASARKONSEP DASAR

• Deskripsi peristiwa perpindahan:– Skala mikroskopik (diferensial),

• Menghasilkan persamaan diferensial biasa/parsial

– Skala makroskopik.• Menghasilkan persamaan aljabar/diferensial biasa

• Tujuan deskripsi peristiwa perpindahan: – Menganalisis proses sehingga dapat meningkatkan

efisiensi proses yang ada; – Merancang proses (mengembangkan proses baru).

KONSEP DASARKONSEP DASAR• Kuantitas:

– Massa (total, spesi kimia)– Energi– Momentum

• Kuantitas bersifat kekal – Dapat berubah bentuk– Jumlah total tetap. – Contoh: transfer uang dari rekening giro ke rekening tabungan.

• Transformasi kuantitas kekal persamaan laju inventarisasi • Inventarisasi kuantitas kekal per satuan waktu laju.• Persamaan laju untuk kuantitas kekal

akumulasi

Laju generasi

Lajukeluar

Lajumasuk

Laju

KONSEP DASARKONSEP DASAR

• Bentuk konsep dasar:– Persamaan laju kekekalan massa spesi kimia– Persamaan laju kekekalan massa total– Persamaan laju kekekalan momentum– Persamaan laju kekekalan energi

KONSEP DASAR

• Level aplikasi

Level Teori Eksperimen

Mikroskopik Persamaan perubahan Persamaan konstitutif

Makroskopik Persamaan desain Korelasi proses

KARAKTERISTIK KONSEP DASARKARAKTERISTIK KONSEP DASAR• Konsep dasar pada level mikroskopik:

– Persamaan perubahan: Persamaan diferensial parsial dalam 3 variabel bebas ruang dan variabel bebas waktu

• Kekekalan spesi kimia• Kekekalan massa• Kekekalan momentum • Kekekalan energi

– Persamaan konstitutif: Deskripsi matematis dari respons material terhadap gradien spatial.

• Dipostulasi• Tidak dapat diturunkan dari prinsip-prinsip dasar• Koefisien diperoleh dari eksperimen.

KARAKTERISTIK KONSEP DASARKARAKTERISTIK KONSEP DASAR

• Konsep dasar pada level makroskipik:– Integrasi persamaan perubahan yang mempertukarkan

massa dan energi dengan lingkungannya.– Hasilnya berupa persamaan diferensial biasa dengan

waktu sebagai satu-satunya variabel bebas persamaan desain

– Contoh: • integrasi persamaan perubahan energi mekanis menghasilkan

persamaan Bernoulli.

KARAKTERISTIK KONSEP DASARKARAKTERISTIK KONSEP DASAR

- Persamaan perubahan- Persamaan konstitutif- Sifat transport dan sifat fisik

Persamaan matematis

Problem matematis

Pembatas:- geometri- kondisi batas

Solusi:Strategi dan rekayasa matematis

DEFINISIDEFINISI• Fungsi:

– di kiri = nilai variabel terikat– di kanan = bentuk fungsi– Tiga variabel bebas ruang x, y, z– Satu variabel bebas waktu t.

• Keadaan tunak (steady state):

• Seragam (uniform)

zyxt ,,,

0,,

zyxt

0,,,,,,

tyxtzxtzy zyx

DEFINISIDEFINISI

• Kesetimbangan (equilibrium):–Jika keadaan tunak dan kondisi

seragam terjadi secara bersamaan.–Dinyatakan dalam koordinat (P, V, T). –Respons material pada kondisi

kesetimbangan disebut korelasi sifat. • Contoh: persamaan keadaan.

DEFINISIDEFINISI

• Fluks:

area Luasalir Laju

area LuasWaktukuantitas Aliran Fluks

FORMULASI KONSEP DASAR FORMULASI KONSEP DASAR SECARA MATEMATISSECARA MATEMATIS

• Laju kuantitas masuk dan keluar:– Kuantitas masuk atau keluar sistem terjadi karena:

• Aliran masuk dan/atau keluar sistem (konveksi)• Transportasi molekul masuk dan/atau keluar sistem (difusi)• Pertukaran kuantitas antara sistem dan lingkungannya (melewati batas

sistem)– Dinyatakan dengan fluks dikali luas area.– Fluks bernilai konstan atau tergantung pada posisi.

A

posisi fungsi fluksjika A Fluks konstan fluksjika area LuasFluks

armasuk/kelu Laju d

akumulasi

Laju generasi

Lajukeluar

Lajumasuk

Laju


• Laju generasi:– Dinyatakan dalam laju/volume dikali volume– Laju/volume bernilai konstan atau fungsi posisi

akumulasi

Laju generasi

Lajukeluar

Lajumasuk

Laju

V

dV posisi fungsi jika konsta jika Volume

generasi Laju

Laju konsumsi (deplesi) = - laju generasi


• Laju akumulasi:– Dinyatakan dalam kuantitas total dibagi waktu

– Jika kuantitas tidak tergantung posisi:

akumulasi

Laju generasi

Lajukeluar

Lajumasuk

Laju

V

dV ˆ total Kuantitas

V

dVdtd ˆakumulasi Laju

akumulasi Laju mdtd

massaper kuantitas ˆmassa densitas

• Perpindahan keadaan tunak tanpa generasi:

akumulasi

Laju generasi

Lajukeluar

Lajumasuk

Laju

PENYEDERHANAAN PENYEDERHANAAN PERSAMAAN LAJUPERSAMAAN LAJU

Fluks konstan:

Area sama:

keluar

Lajumasuk

Laju

dAdAAA

keluarmasuk

keluar Fluksmasuk Fluks

keluararea Luas

keluarFluks

masukarea Luas

masukFluks


PENYEDERHANAAN PENYEDERHANAAN PERSAMAAN LAJUPERSAMAAN LAJU

• Perpindahan keadaan tunak dengan generasi:

Fluks dan laju generasi konstan:

akumulasi

Laju generasi

Lajukeluar

Lajumasuk

Laju

keluar

Laju generasi

Lajumasuk

Laju

dAdVdAAVA

keluarsistemmasuk


keluararea Luas

keluarFluks

sistemVolume

masukarea Luas

masukFluks

SISTEM KOORDINATSISTEM KOORDINAT

• Kajian tentang proses perpindahan berkaitan dengan:– Skalar dinyatakan oleh bilangan tunggal (besar), – Vektor dan tensor memiliki besar dan arah dalam

ruang.• Untuk menjelaskan vektor dan tensor diperlukan

sistem koordinat yang menyatakan posisi di dalam ruang tiga dimensi (arah dan besar).

SISTEM KOORDINATSISTEM KOORDINAT

• Tiga vektor nonkoplanar:

rektangular silindris sferis

downloadfile.ppt

Documents