efek panas termodinamika

7/24/2019 Efek Panas termodinamika

1/28

EFEK-EFEK PANAS

1


2/28

Operasi yang melibatkan panas banyak

dijumpai di industri.

Panas tsb memberikan berbagai efek

baik positif maupun negatif , sehinggaharus dikendalikan/dikontrol untuk

berbagai keperluan dan demi efisiensi

energi


3/28

PANAS SENSIBEL Merupakan panas yang menyertai perubahan suhu sistem

tanpa disertai perubahan fasa dll Pada saat terjadinya transfer panas, tidak ada perubahan

fasa, tdk ada reaksi kimia, dan tidak ada perubahankomposisi dalam sistem.

Besarnya perubahan suhu akibat menerima/melepaspanas tergantung dengan kapasitas panas masing-masingbahan (Cv atau Cp)

Cv: besarnya perubahan suhu akibat

menerima/melepas panas pada V konstan,Cv= dQ/dT = perub. panas yg ditransfer/perub.

suhu

Cp: sama, tapi pada P konstant 3


4/28

Review:

Dari Hk. I, pada keadaan volume tetap:

Q = U + P.dV = U + 0 = U

Cv = dQ/dT =dU/dT ......dQ=dU=Cv dT

Pada tekanan tetap

Q = U + P.dV = (U2-U1) + P (V2-V1)

= (U2+PV2) - (U1+PV1)

= H2 H1

= H

Cp=dQ/dT=dH/dT...dQ=dH = Cp dT

4

TCvdUQT

T2

1

dTCHQ

T

T P

2

1

Kapasitas panas = besar panas yg ditransfer dibagiperubahan suhu=dQ/dT


5/28

Cp dan Cv fungsi suhu (T)

Nilai kapasitas panas suatu benda berubah

terhadap suhu, shg Cp=f(T) dan Cv=f(T) Untuk gas ideal, berlaku hubungan:

Nilai parameters A,B,C,D untuk sejumlah gas-gas

diberikan dalam Tabel C.1 (hal 635 Smith ed. 6)

Juga berlaku:

5

22

DTCTBTAR

CigP

1R

C

R

C igPig

V


6/28

Contoh 1 (Example 4.1)

Heat capacity of methane in the ideal-gas state is given as

a function of temperature in (K) by:

where the parameter values are from Table C.1.

Develop an equation for for T in C.

263 10164.210081.9702.1 TTR

CigP

RC

ig

P

Solution:

The relation between the two temperature scales is:

TK= t0C + 273.15

Therefore, as a function of

263 15.27310164.215.27310081.9702.1 ttR

CigP

263

10164.210899.7021.4 ttR

CigP or


7/28


8/28

CONTOH SOAL (4.2)

Hitung panas yang dibutuhkan untuk menaikkantemperatur 1 mol gas metana dari 260 menjadi 600Cdi dalam suatu proses alir steady yang berlangsung

pada tekanan cukup rendah sehingga metana dapatdianggap sebagai gas ideal.

PENYELESAIAN

22igP DTCTBTAR

C

A = 1.702

B = 9.081 103

C = 2.164 106

D = 0

T1 = 260C = 533,15 K

T2= 600C = 873,15 K

Use the data from Table C.1 for methane (no data forD). See p. 635


9/28

2

1

T

T

ig

P dTR

CRHQ

2

1

T

T

2 dTCTBTAR2

1

T

T

32 T3CT

2BATR

31

32

21

2212 TT

3

CTT

2

BTTAR

223

15,53315,8732

10081,9

15,53315,873792,1314,8

336

15,53315,8733

10164,2= 19.778 J/mol

2

1

T

T

P dTCH

Q = H n = 19.778 J/mol 1 mol = 19.778 J


10/28

CONTOH SOAL 4.3

Berapa temperatur akhir jika panas sebanyak 0,4 106(Btu) ditambahkan pada 25 (lb mol) ammoniayang semula berada pada temperatur 500 (F) dalamsuatu proses alir steady yang berlangsung padatekanan 1 (atm)?PENYELESAIAN

16

mollbBtu000.1625

104,0

n

QH

= 37.218 J mol1

K15,5338,1

67,459500T1

A = 3.578

B = 3.02 103

C = 0

D = 0.186 105


11/28

2

1

T

T

igP dTR

CRHQ

2

1

T

T

2 dT

TDBTAR

2

1

T

T

2

TDT

2BATR

12

2

1

2

212

T

1

T

1DTT

2

BTTAR

2223

15.5332

1002.3

T 15.533578.3314.8218.37 2 T

15.533

1110186.0

2

5

T

2

1

T

TP dTCHQ


12/28

0259.6848

10186.0

578.31051.1 2

5

2

2

2

3

TTT

Selanjutnya persamaan di atas diubah mjd:

atau f(T2) = 0

Persamaan di atas dpt diselesaikan dengan bbg cara:

1. coba-coba bebas2. cara iterasi: subtitusi berurut, Newton-Raphson, dll3. Software: Matlab, matchcad, excel4. dll

*Hasil coba-coba bebas:

T2 f(T2)

1000 -1.741,66

900 -2.384,29

1200 -364,76

1250 -1,50

1250.2 -0.04


13/28

Jadi T2= 1250,2 K

*Software: Coba solve excel

*Subtitusi berurut:

259,848.6T

10186,0

T1051,1578,3

1

T2

52

2

3

2


14/28

Latihan

Tentukan jumlah panas yang diperlukan untuk

memanaskan 10 mol SO2 dari suhu 200C ke

1100C pada kondisi tekanan atmosferis

30/11/2015 Chemical Engineering Thermodynamics I(Ampulan)

14


15/28

JAWAB:

-(-1.015 x 10^5)[1/1373.15 1/473.15]} = 47.007 kJ/mol

2

1

T

T

igP dTR

CRHQ

2

1

T

TP dTCHQ

Q = H n = 47.007 kJ/mol 10 mol = 470.007 kJ/mol

2

1

2

T

T

dT

T

DBTAR

2

1

T

T

2

T

DT

2

BATR

12

2

1

2

212

11

2 TTDTT

BTTAR

1547315137369953148

223

1547313732

108010


16/28

LATENT HEATS OF PURE

SUBSTANCES

Heat that is required when a pure substance isliquefied from solid or vaporized from liquid atconstant pressure. In this process no change intemperature occurs.

1. Clapeyron equation:

where for a pure species at:

temperature T, H= latent heat,

V= volume change accompanying the phase change,Psat= vapor pressure ..... (whats this?)

dT

dPVTH

sat

Some approaches to measure Laten Heat:


17/28

2. Rough estimates of latent heats of vaporizationfor pure liquids at their normal boiling points are

given by Troutonsrule:

where Tn= absolute temperature at the normal

boiling point. (Normal: P=1 atm)

As comparison ~~** [Ar,8.0; N2,8.7; O2,9.1;HCl,10.4; C

6

H6

,10.5; H2

S,10.6 & H2

O,13.1]

10n

n

RT

H


18/28

3. Equation proposed by Riedel:

where Pc= critical pressure, = reduced

temperature at Tn

= Tn/Tc

Estimates of the latent heat of vaporization of pureliquid at any temperature from the known value at a

single temperature may be based on a knownexperiment value or on the value estimated byequation above.

4. The method proposed by Watsonhas found wide acceptance to predic:

nr

c

n

n

T

P

RT

H

930.0

013.1ln092.1

nrT

38.0

1

2

1

2

1

1

r

r

T

T

H

H


19/28

Example 4.4

Given that the latent heat of vaporization of water at 100

0

C is2,257 J g-1, estimate the latent heat at 300C. Tc water=647.1K,

Pc=228.6 Bar

Solution 4.4

Let H1= latent heat at 1000C = 2.257 Jg -1H2= latent heat at 300

0C

Tr1=373.15/647.1 =0.577

Tr2=573.15/647.1 = 0.886

Then by Eq. (4.13),

138.038.0

2 371,1270.0257,2577.01

886.01257,2

JgH

The value given in the steam tables is 1,406 Jg-1. (see page 666)

38.0

1

2

1

2

1

1

r

r

T

T

H

H


20/28

Untuk reaksi: aA + bB l L + mM

Panas reaksi standardidefinisikan sebagai perubahanenthalpy jika amol A dan bmol B pada temperatur Tkeadaan standar bereaksi membentuk lmol L dan m

mol M

Keadaan standar adalah keadaan tertentu dari suatuspesies pada T, P (biasanya 0C atau 25C, 1atm or 1bar), komposisi, dan kondisi fisik tertentu, seperti gas,cair, atau padat.

Gas: zat murni dalam keadaan gas ideal pada 1 barCairan/padatan: cairan atau padatan nyata pada 1 bar

322 NHH2

3N

2

1

J110.46H298

322 NH2H3N

J220.92H298


21/28

Panas pembentukan standar adalah perubahanenthalpy yang menyertai pembentukan 1 mol

suatu senyawa dari elemen-elemen penyusunnyapada keadaan standar.

CONTOH:

CO2(g) : C(s) + O2(g) CO2(g)J509.393H

298f

CO(g) : C(s) + O2(g)CO(g)J525.110H

298f

H2O(g) : H2(g) + O2(g)H2O(g) J818.241H 298f

Panas pembentukan standar dapat digunakan untuk

menghitung PANAS REAKSI STANDAR.

Panas pembentukan untuk elemen = 0

H2(g) : J0H 298f

/mol

/mol

/mol


22/28

Misal untuk menghitung panas reaksi dari water-gasshiftreaction pada 25C:

CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)

Cara menghitungnya adalah:

CO2(g) C(s) + O2(g) mol/J509.393H298

C(s) + O2(g) CO(g) mol/J525.110H298

H2(g) + O2(g) H2O(g) mol/J818.241H298

CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)mol/J166.41H298

Catt: panas pembentukan standar dpt dilihat di Table C.4 of App. C (page637


23/28

30/11/2015 23

Example 4.5

Calculate the standard heat at 25C for the following reaction :

4HCl(g) + O2(g) 2H2O(g) + 2Cl2(g)

Solution 4.5

Standard heats of formation at 298.15 K from Table C.4 are :

HCl (g) :-92,307 J H2O (g) :-241,818J


24/28

30/11/2015 24

The following combination gives the desired result :

4HCl (g) 2H2(g) + 2Cl2(g) H298=(4)(92,307)

2H2(g) + O2(g) 2H2O (g) H298=(2)(-241,818)

4HCl (g) + O2(g) 2H2O (g) + 2Cl2(g)

H298 = -114,408 J


25/28

Panas pembakaran standar adalah perubahanenthalpy yang menyertai pembakaran 1 mol suatusenyawa. Pembakaran = reaksi dgn O2

CONTOH:

C(s) + O2(g) CO2(g) molJ509.393H298

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) molJ600.802H298

CH4O(g) + 1O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) molJ200.638H298

Seperti halnya panas pembentukan standar, panaspembakaran standar juga dapat digunakan untukmenghitung panas reaksi standar.

Banyak reaksi yang pada prakteknya sulit


26/28

Banyak reaksi yang pada prakteknya sulitdilaksanakan secara langsung. Maka biasanyadata entalphi pembentukannya ditentukan secara

tidak langsung. Contohnya adalah reaksi pembentukan n-butane

melalui rute (page 130):

Maka entalphy pembentukannya dihitungmelalui jalur sintesis pembakaran

gHCg5Hs4C 1042

509.3934gCO4g4Os4C 029822 H

830.2855lOH5gO21

2g5H0

298222 H

396.2877gO2

16gHClO5Hg4CO 0298210422 H

?...gHCg5Hs4C02981042 H

Cek (table C.4, p. 637): -125.79


27/28

PR

Soal mulai hal 140 Smith Van Ness (6 ed)

Problem 4.3; 4.4; 4.26

30/11/2015 27


28/28

SEKIAN UTK HARI INI

30/11/2015 28

efek panas termodinamika

Documents