perpindahan massa antar fassa

7/17/2019 Perpindahan Massa Antar fassa

http://slidepdf.com/reader/full/perpindahan-massa-antar-fassa 1/32

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Aplikasi dasar-dasar ilmu pengetahuan alam yang dirangkai dengan dasar

ekonomi dan hubungan masyarakat pada bidang yang berkaitan Iangsung dengan proses

dan alat-alat proses jadi OTK berkaitan dengan pekerjaan rekayasa proses.

Prosesnya sendiri tersusun dalam beberapa langkah, yang meliputi perubahan komposisikimia, perubahan fisis bahan yaitu proses fisis, atau pemisahan dan pemurnian.

Yang diermati dengan ukup rini pada matakuliah Operasi Teknik Kimia adalah

proses pemisahan atau pemurnian konstituen atau komponen dari ampuran. Proses

pemisahan atau pemurnian ini sangat diperlukan pada unit persiapan bahan baku agar

bahan memenuhi ketentuan proses alat berikutnya !misalnya reaktor" dan sangat

diperlukan pada unit pemurnian hasil agar memenuhi spesifikasi produk yang akan

dijual.

#aat ini fenomena perpindahan massa antar fasa banyak dijumpai dalam proses-

proses diindustri kimia, terutama pada proses ekstraksi dan kristalisasi. #alah satu

ontohnya adalah proses perpindahan massa yang ditandai dengan perubahan

konsentrasi. Proses perpindahan massa sangat penting dalam bidang ilmu pengetahuan

dan teknik. Perpindahan massa terjadi pada komponen dalam ampuran berpindah

dalam fase yang sama atau dari fase ke fase yang lain karena adanya perbedaan

konsentrasi. Perpindahan massa dapat dijumpai dalam keadaan sehari-hari, sebagai

ontoh, sedikit gula dimasukkan kedalam seangkir kopi pada akhirnya akan larut

dengan sendirinya dan mendifusi keseluruh bagian larutan.

1.2 Tujuan

$empelajari perpindahan massa dan menghitung koefisien perpindahan massa

antar fasa.

1



BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pemisaan

%ara pemisahan atau pemurnian konstituen dari ampuran seara garis besar dapat

dibedakan menjadi&

'. Pemisahan seara mekanik

Pemisahan ini dapat digunakan untuk memisahkan ampuran yang heterogen !padat (

air, air ( air yang tidak saling larut, dan gas ( air"

)asar-dasar pemisahan seara mekanik adalah&

a. Pemisahan karena gaya gra*itasi

b. Pemisahan karena gaya sentrifugal

. Pemisahan karena beda keepatan jatuh

d. Pemisahan karena beda tekanan

+. Pemisahan dengan mempergunakan reaksi kimia !tidak dipelajari seara eksplisit

tetapi implisit pada materi yang lain"

. Pemisahan menurut dasar operasional difusional

Perpindahan massa konstituen dari fasa yang satu ke fasa lainnya seara difusi.Operasi

pemisahan dapat menyangkut banyak sekali proses dan peralatan yang selalu berubah

atau berkembang untuk menuju suatu penyempurnaan. ntuk itu operasi pemisahan

dapat dilihat seara konseptual dengan menggunakan Konsep dasar Chemical

Engineering Tools, yaitu&

'. eraa $assa

+. eraa Panas

. Keseimbangan

/. Proses Keepatan ! Rate Processes"

0. 1konomi

2. 3ubungan masyarakat

2



4ila dasar pengetahuan mahasis5a atau engineer terhadap suatu peralatan bersifat

konseptual atau centered around physical principles and mathematical techniques maka

engineer tersebut dapat dengan mudah beradaptasi dan memahami peralatan dan proses

yang baru. Yang dimaksud pengetahuan terhadap suatu peralatan bersifat centered

around physical principles and mathematical techniques adalah memahami suatu

peralatan dan proses berdasarkan konsep-konsep fundamental peralatan atau proses

tersebut. #elain itu dengan dikuasainya konsep-konsep fundamental menyebabkan

engineer dapat berpikir logis, lebih mendalam, dan dapat melakukan analisis seara

kuantitatif terhadap suatu peralatan.

3



BAB !

PE"BAHASAN

!.1 "et#$e Ber%ikir Se&ara K#nse'tual Da'at Diurutkan Se(agai Berikut )

'. Analisis perilaku fisik sistem

+. Penyusunan model fisik

. Penyusunan persamaan matematis yang me5akili model fisik

/.Penyelesaian persamaan matematis seara grafis, analitis, atau numeris. Karena

tersedianya alat bantu hitung yang sangat anggih !komputer" pada era belakangan ini

maka penyusunan model matematis yang baik !sangat mendekati sistem yang diamati"

dapat dilakukan. ntuk itu perlu penguasaan penyusunan program komputer.

Distilasi

Pemisahan komponen-komponen dalam larutan air dengan mempergunakan panas

sebagai separating agent !4erdasarkan beda titik didih masing-masing komponen dalam

larutan"

6ambar ' #kema proses perpindahan massa pada peristi5a distilasi

Ekstraksi

Pemisahan komponen-komponen dalam larutan air dengan mempergunakan 7at pelarut

air sebagai separating agent !berdasarkan beda daya larut komponen-komponen

tersebut dalam pelarut"

1kstraksi yang dilakukan untuk fasa padat dengan mempergunakan pelarut air sering

disebut dengan 8eahing.

4



6ambar +. 9angkaian alat ekstraksi

Keterangan )'. #tatif+. Klem. Pendingin/. Termometer0. 8abu alas bulat

2. Water bath

:. Pemanas 8istrik;. 4atang pengaduk magnetik

Absorbsi

Penyerapan komponen-komponen tertentu dalam ampuran gas dengan

mempergunakan larutan penyerap yang terpilih.

A)#O9P#I sama dengan A4#O9P#I, tetapi dengan mempergunakan penyerap padat.

5



!.2 KA*AKTE*ISTIK PE"ISAHAN

Karakteristik dari suatu sistem pemisahan dapat dilihat dari diagram di ba5ah ini&

#ebagai separating agent dalam suatu proses pemisahan antara lain&

'. Tenaga panas& uap atau bahan bakar Iainnya

+. $assa& 7at pelarut atau penyerap

. Tenaga mekanik& tekanan

!.! PE"ILIHAN "ET+DA PE"ISAHAN

Pemilihan metode pemisahan dibatasi oleh&

• #ifat fisis bahan

• Karakteristik bahan-bahan yang dipisahkan

Penggunaan metoda pemisahan dapat berdasarkan&

• Operasi perpindahan massa seara difusional

• Pemisahan mekanik

• Operasi pemisahan berdasarkan reaksi kimia

• Kombinasi dari ara-ara pemisahan di atas

6



$isalnya&

a. Air dapat dipisahkan dari ampuran etanol-air dengan menggunakan ara distilasi

atau mereaksikannya dengan kapur.

b. 3idrogen sulfida dapat dipisahkan dari gas alam dengan absorpsi menggunakan

sol*en atau reaksi kimia.

)asar prinsip pemilihan suatu proses pemisahan antara lain&

• 4iaya& metoda pemisahan dengan biaya yang paling murah, baik untuk peralatan

maupun untuk operasi akan menjadi pilihan utama.

• Proses yang lebih sederhana, meskipun harganya sedikit Iebih mahal akan

menjadi pilihan, karena akan memperkeil kendala<gangguan yang mungkin

timbul.

!.,Klasi%ikasi Per'in$aan "assa

%ampuran dua fasa

)alam perpindahan massa, harus melibatkan lebih dari satu komponen. Pada proses ini,

kedua komponen larut sempurna pada setiap perbandingan Kontak antara + fasa

menyebabkan terjadinya difusi antar masing-masing komponen dan menyebabkan hasil

separasi yang selalu tidak sempurna.

#istem ampuran pada operasi perpindahan massayaitu &

#istem gas-gas dan padat-padat& tidak terjadi dua fasa

#istem gas-air & semua harus terdistribusi pada kedua fasa pemisahan dapat

menggunakan metode distilasi atau teknik lainnya seperti &

Absorbsi => desorbsi

3umidifikasi => de humidifikasi

#istem gas-padat & menyangkut proses adsorbs<desorbsi

#istem air-air & proses ekstraksi

#istem air-padat& proses kristalisasi

Pemisahan menggunakan membrane

#istem gas-gas &-menggunakan membran miropore

7



-Keepatan pemisahan merupakan fungsi dimensi molekul

#istem gas-air &-dipengaruhi tingkat permeasi

-Keepatan pemisahan merupakan fungsi kelarutan

#istem air-air & proses dialysis

#istem pemisahan yang lain &-kontak langsung fasa terampur

-pemanfaatan sifat permukaan

4agaimana seorang hemial engineer?s memilih untuk metode pemisahan yang perlu

diketahui yaitu &

-tentukan semua metode yang mungkin

-pilih metode yang paling ekonomis, terutama berdasarkan &

#ifat fisika komponen dan kemudahan di handling

Pilihan ini adalah & - sebagai pilihan a5al

- Penentu utamanya adalah ost

- 3arus direalisasikan sehingga terbukti sebagai pilihan tepat

Kelebihan proses pemisahan berdasarkan perpindahan massa &

Komponen didapatkan dalam keadaan semula

Pemisahan seara kimia5i & berubah menjadi senya5a lain

4eberapa ontoh pemisahan diindustri &

$ineral dari ore & mass trans op !$O" @ leahing, mekanik!$1"@ flotation

$inyak dari biji-bijian & leahing

re6as dari ampuran gas & adsorbs<absorbs,distialsi

Air dari larutan etanol& distilasi,kombinasi reaksi dan $O!aO3"

3+# dan gas & absorbs dengan atau tanpa reaksi kimia.

)idalam perpindahan massa ini ada jenis dan kondisi operasi pada perpindahan massa

yaitu&

• )iret & metode dengan membentuk dau fasa dari satu fasa dengan

penambahan energy

• Indiret& metode dengan penambahan substansi lain

• #teady state operation & konsentrasi pada setiap posisi sama setiap 5aktu

8



• nsteady state & => steady state

• #tage5ise operation & aliran fasa kesistem tidak kontinyu

• %ontinous operation & aliran fasa ked an dari system kontinyu.

Prinsip desain alat perpindahan massa / *ariabel pokok&

• Bumlah stage kesetimbangan?

• Caktu yang diperlukan

• Kapasitas

• 1nergy yang dibutuhkan

Benis separasi sebagai berikut&

E-a'#rati#n

1*aporasi Adalah proses pertukaran melalui molekul air di atmosfer atau

peristi5a berubahnya air atau es menjadi uap di udara.

Penguapan terjadi pada tiap keadaan suhu sampai udara di permukaan tanah menjadi

jenuh dengan uap air.

Proses e*aporasi terdiri dari dua peristi5a yang berlangsung &

'.Interfae e*aporation, yaitu transformasi air menjadi uap air di permukaan tanah. ilai

ini tergantung dari tenaga yang tersimpan. +.Dertikal *apour transfers, yaitu perpindahan lapisan yang kenyang dengan uap air dari

interfae ke uap !atmosfer bebas".

Distillati#n

)istilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan bahan

kimia berdasarkan perbedaan keepatan atau kemudahan menguap !*olatilitas".)alam

penyulingan, ampuran 7at dididihkan sehingga menguap, dan uap ini kemudiandidinginkan kembali ke dalam bentuk airan.Eat yang memiliki titik didih lebih rendah

akan menguap lebih dulu.$etode ini termasuk sebagai unit operasi kimia

jenis perpindahan massa.Penerapan proses ini didasarkan pada teori bah5a pada

suatu larutan, masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya.F+G $odel

ideal distilasi didasarkan pada 3ukum 9aoult dan 3ukum )alton.

9

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Volatilitas&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Unit_operasi

http://id.wikipedia.org/wiki/Perpindahan_massa

http://id.wikipedia.org/wiki/Teori

http://id.wikipedia.org/wiki/Larutan


http://id.wikipedia.org/wiki/Distilasi#cite_note-i-2

http://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_Raoult

http://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_Dalton


http://id.wikipedia.org/wiki/Unit_operasi

http://id.wikipedia.org/wiki/Perpindahan_massa

http://id.wikipedia.org/wiki/Teori


http://id.wikipedia.org/wiki/Distilasi#cite_note-i-2

http://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_Raoult


http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Volatilitas&action=edit&redlink=1



Distilation

Etra&ti#n

1kstraksi adalah proses pemisahan komponen 7at padat atau 7at air dengan

menggunakan bantuan pelarut.1kstraksi ada + maam, yaitu ekstraksi padat-air dan

ekstraksi air-air. 1kstraksi padat-air didefinisikan sebagai operasi pemisahan 7at

padat yang dapat larut melalui kontak dengan pelarut. #etelah terjadi kontak padatan

dengan pelarut maka perbedaan konsentrasi akti*itas kimia solute di dalam fasa padatan

dengan fasa pelarut menjadi gaya pendorong berlangsungnya perpindahan massa solute

dari fasa padatan ke fasa pelarut.1kstraksi padat-air merupakan operasi yang

melibatkan perpindahan massa antar fasa. Perbedaan akti*itas kimia antara fasa padatan

dan fasa pelarut menerminkan sebarapa jauh sistem berada dari kesetimbangan,

sehingga akan menentukan pula laju solut antar fasa.

Kesetimbangan fasa dalam sistem padatan solute pelarut ini mengikuti prinsip-prinsip

sebagai berikut &

'. Pada kondisi termodinamika tertentu !P,T tertentu" terdapat hubungan kesetimbangan

yang dapat digambarkan dalam bentuk kur*a kesetimbangan.+. Pada sistem yang telah setimbang tidak terjadi difusi netto komponen-komponen

diantara kedua fasa. Ini berarti laju difusi dari fasa padatan ke fasa pelarut sama dengan

laju difusi dari fasa pelarut ke fasa padatan.

. ntuk sistem yang belum terapai kesetimbangannya, difusi komponen-komponen

mendorong sistem menuju kesetimbangan.

10



Lea&ing

8eahing adalah peristi5a pelarutan terarah dari satu atau lebih senya5aan dari

suatu ampuran padatan dengan ara mengontakkan dengan pelarut air. Pelarut akan

melarutkan sebagian bahan padatan sehingga bahan terlarut yang diinginkan dapat

diperoleh. $etode ini memiliki *ariabel penting, yaitu temperatur, area kontak dan

jenis pelarut.Istilah leahing sering diranukan dengan sebutan ekstraksi, demikian pula

alatnya sering diranukan sebagai ekstraktor. ntuk memahami konsep leahing maka

sangat penting untuk memahami kesetimbangan fasa padat-air.Teknologi leahing

biasanya digunakan oleh industri logam untuk memissahkan mineral dari bijih dan

batuan !ores". Pelarut asam akan membuat garam logam terlarut seperti leahing %u

dengan medium 3+#O/ atau 3. %ontoh operasi ini adalah pemisahan emas dari

bentuk padatan berongga dengan menggunakan larutan 3% atau 3+#O/. Industri gula

juga menggunakan prinsip leahing saat memisahkan gula dari bit dengan menggunakan

air sebagai pelarut. Industri minyak goreng menggunakan prinsip operasi ini saatmemisahkan minyak dari kedelai, kaang, biji matahari dan lain-lain dengan

menggunakan pelarut organik seperti heksana, aseton atau eter.Industri farmasipun

menggunakan teknologi ini untuk mengambil kandungan obat dari dedaunan, akar dan

batang tumbuhan. Konsep dasar leahing tidak hanya berlaku dalam dunia industri, tapi

juga terjadi di lingkungan sehari-hari seperti erosi unsur hara oleh air hujan atau ketika

sedang menyeduh teh<kopi.

11



Keterangan alat &'.Pemanas 8istrik

+.a. Termometer Titik )idih

b. Termometer Titik 1mbun

.8abu 8eher

/.Isolasi

0.Pendingin 4alik

2.8abu Penampung

:.Kran

;.Tabung #ampel

H.Pompa Dakum

'. #tatif ''. 1rlenmeyer

#eara umum leahing dapat dibagi +, yaitu&

'. Perolation !liJuid added into solids". Pada metode ini pelarut dikontakkan

dengan padatan melalui proses tunak ataupun tak tunak. $etode ini lebih banyak

digunakan untuk pemisahan ampuran padat-air di mana jumlah padatan jauh

lebih besar daripada fasa air.

+. )ispersed #olids !#olids added into liJuid". Pada metode ini padatan

dihanurkan terlebih dulu menjadi peahan keil sebelum dikontakkan dengan pelarut. $etode ini begitu populer karena tingkat kemurnian hasil yang tinggi

sehingga dapat mengimbangi biaya operasi pemisahan yang juga tinggi.

"em(rane se'arati#n

/+sm#sis ter(alik0 adalah suatu metode penyaringan yang dapat menyaring

berbagai molekul besar dan ion-ion dari suatu larutan dengan ara memberi tekanan

pada larutan ketika larutan itu berada di salah satu sisi membran seleksi!lapisan

penyaring". Proses tersebut menjadikan 7at terlarut terendap di lapisan yang dialiri

12



tekanan sehingga 7at pelarut murni bisa mengalir ke lapisan berikutnya. $embran

seleksi itu harus bersifat selektif atau bisa memilah yang artinya bisa dile5ati 7at

pelarutnya !atau bagian lebih keil dari larutan" tapi tidak bisa dile5ati 7at terlarut

seperti molekul berukuran besar dan ion-ion. Osmosis adalah sebuah fenomena alam

yang terjadi dalam sel makhluk hidup dimana molekul sol*ent !biasanya air" akan

mengalir dari daerah berkonsentrasi rendah ke daerah 4erkonsentrasi tinggi melalui

sebuah membran semipermeabel. $embran semipermeabel ini menunjuk ke membran

sel atau membran apa pun yang memiliki struktur yang mirip atau bagian dari membran

sel. 6erakan dari sol*ent berlanjut sampai sebuah konsentrasi yang seimbang terapai

di kedua sisi membran.

A(s#r'ti#n

Absorpsi atau penyerapan, dalamkimia, adalah suatu fenomena fisik atau

kimia5i atau suatu proses se5aktuatom, molekul, atau ion memasuki suatu fase limbak

!bulk " lain yang bisa berupa gas, airan, ataupun padatan. Proses ini berbeda

dengan adsorpsikarena pengikatan molekul dilakukan melalui *olume dan bukan

permukaan. #alah satu ontoh penyerapan lainnya adalah penukaran ion di mana terjadi proses pertukaran ion antara duaelektrolit atau antara larutan elektrolit dan senya5a

kompleks.

#eara umum langkah pemisahan berdasarkan prinsip perpindahan massa seara

difusional dapat dinyatakan dengan urutan sebagai berikut&

'. Penampuran umpan dengan separating agent

+. Perpindahan massa dan panas terjadi seara simultan.

. Pemisahan dua fase !umpan dan separating agent " yang sudah dalam keadaan

setimbang,

13

http://id.wikipedia.org/wiki/Kimia

http://id.wikipedia.org/wiki/Fenomena

http://id.wikipedia.org/wiki/Proses

http://id.wikipedia.org/wiki/Atom

http://id.wikipedia.org/wiki/Molekul

http://id.wikipedia.org/wiki/Ion

http://id.wikipedia.org/wiki/Gas

http://id.wikipedia.org/wiki/Cairan

http://id.wikipedia.org/wiki/Padatan

http://id.wikipedia.org/wiki/Adsorpsi

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Penukaran_ion&action=edit&redlink=1


http://id.wikipedia.org/wiki/Elektrolit

http://id.wikipedia.org/wiki/Senyawa_kompleks


http://id.wikipedia.org/wiki/Kimia

http://id.wikipedia.org/wiki/Fenomena

http://id.wikipedia.org/wiki/Proses

http://id.wikipedia.org/wiki/Atom

http://id.wikipedia.org/wiki/Molekul


http://id.wikipedia.org/wiki/Gas

http://id.wikipedia.org/wiki/Cairan

http://id.wikipedia.org/wiki/Padatan

http://id.wikipedia.org/wiki/Adsorpsi

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Penukaran_ion&action=edit&redlink=1


http://id.wikipedia.org/wiki/Elektrolit





nit pemisah pada prinsipnya adalah tempat dimana Iangkah-langkah tersebut

berlangsung. #uatu operasi pemisahan dapat berjalan dengan baik bila ara kontak

antara umpan dan separating agent dalam unit pemisah berjalan dengan baik. Alat

kontak antara umpan dan separating agent dapat dikelompokkan menjadi / yaitu&

1. S'ra T#er

Spray toer terdiri dari ruang terbuka dan luas pada tempat tersebut gas mengalir dan

ke dalam ruang tersebut disemprotkan airan dengan spray no!!les atau alat yang dapat

membuat butir-butir airan. %airan yang disemprotkan akan jatuh karena gaya

gra*itasinya dengan arah aliran airan dan gas berla5anan arah.

Karena airan dalam bentuk butir-butir !tetes-tetes airan", maka luas permukaan bidang

kontak antar fasa akan makin besar. Bika ukiran butir semakin keil, maka luas bidang

kontaknya akan semakin besar. Tetapi ukiran butir airan tidak boleh terlalu keil,

karena butir akan terba5a aliran gas ke atas !ke luar".

Spray toer pada umumnya digunakan untuk proses perpindahan massa gas yang

mudah larut dalam airan, atau perpindahan massanya dikontrol oleh tahanan fasa

gasnya.

!. "enara 3elem(ung

14



$enara gelembung pada prinsipnya berla5anan dengan spray toer . Pada

menara ini, gas didispersikan ke dalam airan.6elembung gas ukup keil sehingga

kontak antar fasanya menjadi besar.

$enara gelembung digunakan dalam sistem dengan tahanan pada fasa airan yang

mengontrol keepatan perpindahan massa seara keseluruhan, Kondisi ini terjadi untuk

gas-gas yang tidak mudah larut.

!. "enara $engan Baan Isian / Packed Tower 0

$enara bahan isian adalah menara tegak yang diisi dengan bahan isian

! packing ".4ahan isian dapat terbuat dari keramik atau bisa juga dari batu-batuan.%airan

didistribusikan ke kolom bahan isian dan mengalir ke ba5ah pada permukaan bahan

isian dalam bentuk lapisan tipis.6as umumnya mengalir ke atas berla5anan arah dengan

aliran airan, sehingga luas kontak antar fasa menjadi ukup besar.

$enara jenis ini dapat digunakan untuk sistem gas ( airan dimana salah satunya atau

kedua tahanannya mengontrol.

15



,. "enara $engan Plate-Plate

$enara dengan plate"plate dapat berupa bubble"cap atau sie#e trays. Pada tiap-

tiap plate, gelembung gas yang terbentuk di dasar airan dengan ara memaksa gas

mele5ati lubang-lubang yang keil. Perpindahan massa antar fasa terjadi saat

pembentukan gelembung dan saat gelembung gas mele5ati airan.

)ari keempat alat perpindahan massa tersebut di atas, dapat dikelompokkan lagi

menjadi + ara kontak, yaitu&

$% Continuous Contact

&% Stage Wise Contact

Kedua ara kontak !Continuous Contact dan Stage Wise Contact " mempunyal dua

fenomena yang berbeda yaitu&

16



Continuous Contact umpan dan separating agent bertemu seara sinambung

pada semua posisi, sehingga terjadi perpindahan massa seara sinambung padasetiap posisi atau ada perubahan konsentrasi sebagai fungsi posisi ! position

dependent ". Pada Continuous Contact konsep rate processes memegang peran

penting.

Stage Wise Contact umpan dan separating agent diusahakan berkontak dengan

baik pada setiap stage sampai kondisi keseimbangan terapai. Oleh karena itu

komposisi arus-arus yang keluar dari stag e dalam keadaan keseimbangan. Pada

Stage Wise Contact k#nse' keseim(angan memegang peranan penting. Karena

dua ara kontak tersebut dapat dikatakan mempunyai prinsip yang berbeda.

!.4. K#e%isien Pin$a Panas

Koefisien pindah panas digunakan dalam perhitungan pindah

panas kon*eksi atau perubahan fase antara air dan padat. Koefisien pindah panas

banyak dimanfaatkan dalam ilmu termodinamika dan mekanika serta teknik kimia.

di mana&

'( @ panas yang masuk atau panas yang keluar, C

h @ koefisien pindah panas, C<!m+K"

) @ luas permukaan pindah panas, m+

@ perbedaan temperatur antara permukaan padat dengan luas permukaan kontak

dengan fluida, K

)ari persamaan di atas, koefisien pindah panas adalah koefisien proporsionalitas

antara fluks panas, (*+) delta t, dan perbedaan temperatur , , yang menjadi

penggerak utama perpindahan panas.

#atuan #I dari koefisien pindah panas adalah 5att per meter persegi-kel*in , C<!m +K".

!.5K#e%isien 'in$a 'anas (erke(alikan $engan insulasi termal.

17

http://id.wikipedia.org/wiki/Pindah_panas


http://id.wikipedia.org/wiki/Konveksi


http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Perubahan_fase&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Termodinamika

http://id.wikipedia.org/wiki/Mekanika

http://id.wikipedia.org/wiki/Teknik_kimia


http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Fluks_panas&action=edit&redlink=1


http://id.wikipedia.org/wiki/Temperatur

http://id.wikipedia.org/wiki/SI

http://id.wikipedia.org/wiki/Insulasi_termal






http://id.wikipedia.org/wiki/Termodinamika

http://id.wikipedia.org/wiki/Mekanika








Terdapat beberapa metode untuk mengkalkulasi koefisien pindah panas dalam

berbagai jenis kondisi pindah panas yang berbeda, fluida yang berlainan, jenis aliran,

dan dalam kondisi termohidraulik . Perhitungan koefisien pindah panas dapat

diperkirakan dengan hanya membagi kondukti*itas termal dari fluida dengan satuan

panjang, namun untuk perhitungan yang lebih akurat seringkali digunakan bilangan

usselt, yaitu satuan tak berdimensi yang menunjukkan rasio pindah

panas kon*ektif dan konduktif normal terhadap bidang batas.

!.6 K#relasi Dittus7B#elter /k#n-eksi 'aksa8 forced convention0

Korelasi yang khusus namun sederhana dan biasa digunakan pada berbagai

aplikasi adalah korelasi pindah panas )ittus-4oelter untuk fluida dalam aliran turbulen.

Korelasi ini dapat digunakan ketika kon*eksi adalah satu-satunya ara dalam

memindahkan panas, tidak ada perubahan fase, dan tidak ada radiasi yang signifikan.

Koreksi dari perhitungan ini L'0M.

ntuk aliran fluida pada pipa melingkar yang lurus dengan bilangan 9eynolds antara

' dan '+, ketika bilangan Prandtl di anara .: dan '+, untuk titik yang

jaraknya lebih dari sepuluh kali diameter pipa dan ketika permukaan pipa halus seara

hidraulik, koefisien pindah panas antara fluida dan permukaan pipa dapat diekspresikan

sebagai&

di mana

@ kondukti*itas termal fluida

@ @ diameter hidraulik

-u @ bilangan usselt

bilangan usselt dapat diari dengan&

!korelasi )ittus-4oelter"

di mana&

Pr @ bilangan Prandtl

Re @ bilangan 9eynolds

18

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Termohidraulik&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Konduktivitas_termal

http://id.wikipedia.org/wiki/Bilangan_Nusselt


http://id.wikipedia.org/wiki/Satuan_tak_berdimensi



http://id.wikipedia.org/wiki/Konduksi

http://id.wikipedia.org/wiki/Pipa

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Bilangan_Prandtl&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Diameter_hidraulik&action=edit&redlink=1



http://id.wikipedia.org/wiki/Bilangan_Reynolds


http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Termohidraulik&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Konduktivitas_termal



http://id.wikipedia.org/wiki/Satuan_tak_berdimensi


http://id.wikipedia.org/wiki/Konduksi

http://id.wikipedia.org/wiki/Pipa


http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Diameter_hidraulik&action=edit&redlink=1






n @ ./ untuk pemanasan !dinding lebih panas dari fluida yang mengalir" dan . untuk

pendinginan !dinding lebih dingin dari fluida yang mengalir"F'G.

!.9 K#relasi T#m

Terdapat korelasi yang sederhana antara koefisien pindah panas dalam proses

pemanasan fluida hingga mendidih !boiling process". Korelasi Thom adalah untuk

aliran air yang mendidih dan jenuh pada tekanan di atas + $Pa, dalam kondisi di mana

molekul-molekul air yang mendidih lebih banyak mendominasi sepanjang kon*eksi

paksa sedang terjadi. Konsep ini berguna untuk perkiraan kasar dari perbedaan

temperatur yang mungkin terjadi pada fluks panas yang ditentukan. F+G

di mana&

@ kenaikan temperatur pada dinding di atas titik jenuh, K

q @ fluks panas, $C<m+

P @ tekanan air, $Pa

perhatikan bah5a ini adalah rumus empiris yang khusus pada satuan tertentu yang

diberikan pada rumus.

!.: K#e%isien Pin$a Panas Pa$a Din$ing Pi'a

Pada kasus pindah panas pada pipa yang melingkar, fluks panas bergantung pada

diameter dalam dan diameter luar dari pipa, atau tebalnya. amun jika tebal pipa sangat

tipis jika dibandingkan dengan diameter dalamnya, maka perhitungannya&

di maka k adalah kondukti*itas termal dari material dinding dan N adalah ketebalan

dinding. Penggunaan asumsi ini bukan berarti mengasumsikan bah5a ketebalan dinding

diabaikan, namun diasumsikan bah5a perpindahan panas adalah linier pada satu garis,

tidak tersebar dari satu titik di pusat pipa ke segala arah penampang melintang pipa.

19

http://id.wikipedia.org/wiki/Koefisien_pindah_panas#cite_note-1

http://id.wikipedia.org/wiki/Mendidih

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=MPa&action=edit&redlink=1






http://id.wikipedia.org/wiki/Mendidih





Bika asumsi di atas tidak berlaku, maka koefisien pindah panas dapat dihitung dengan

menggunakan&

di mana d i adalah diameter dalam dan d o adalah diameter luar

!.1; K#e%isien Pin$a Panas 3a(ungan

ntuk dua atau lebih proses pindah panas yang bekerja seara paralel, koefisien

pindah panas ditambahkan&

ntuk dua atau lebih proses pindah panas yang bekerja seara berantai pada garis lurus,

koefisien pindah panas ditambahkan seara in*ers&

$isalnya, katakan ada sebuah pipa dengan fluida yang mengalir di dalamnya. 8aju

pindah panas antara fluida di bagian dalam pipa dengan permukaan luar pipa adalah

di mana

( @ laju pindah panas !C"

h @ koefisien pindah panas !C<!m+K""

t @ ketebalan dinding !m"

k @ kondukti*itas termal dinding !C<mK"

) @ luas permukaan dinding !m+"

@ perbedaan temperatur.

20



BAB I<

PENUTUP

,.1 Kesim'ulan

Pemisahan menjadi komponen terjadi bukan karena perbedaan konsentrasi tetapi

akibat perbedaan sifat fisik. Proses yang tidak melibatkan reaksi kimia ini menjadikan

perbedaan konsentrasi sebagai dri*ing fore dan perpindahan massa adalah bagian dari

proses ini.

%ara pemisahan atau pemurnian konstituen dari ampuran seara garis besar dapat

dibedakan menjadi&

Pemisahan ini dapat digunakan untuk memisahkan ampuran yang heterogen !padat (

air, air ( air yang tidak saling larut, dan gas ( air"

)asar-dasar pemisahan seara mekanik adalah&

a. Pemisahan karena gaya gra*itasi

b. Pemisahan karena gaya sentrifugal

. Pemisahan karena beda keepatan jatuh

d. Pemisahan karena beda tekanan

,.2 Saran

Pembahasan yang didapatkan masih kurang memadai sehingga diperlukan lebih

banyak lagi informasi tambahan seperti rate *olumentri, jenis dan konsentrasi.

21



PE*TAN=AAN

Dari Peserta )

'. %oba dijelaskan keterangan dari rumus pada koefisien pindah panas agar lebih

dimengerti para mahasis5a dalam mengerjakan soal. !$.$ubin"

+. Belaskan kembali tentang diret dan indiret dan apa ontoh dalam kehidupan

sehari-hari system gas-gas,air-air dan gas-air !1rlin 1rliani"

.aaban /

'. Koefisien pindah panasdigunakan dalam perhitungan pindah

panas kon*eksi atau perubahan fase antara air dan padat. Koefisien pindah

panas banyak dimanfaatkan dalamilmu termodinamika dan mekanika serta

teknik kimia.

'( @ panas yang masuk atau panas yang keluar, C

h @ koefisien pindah panas, C<!m+K"

) @ luas permukaan pindah panas, m+

@ perbedaan temperatur antara permukaan padat dengan luas permukaan

kontak dengan fluida, K

)ari persamaan di atas, koefisien pindah panas adalah koefisien proporsionalitas

antara fluks panas, (*+) delta t, dan perbedaan temperatur , , yang menjadi

penggerak utama perpindahan panas.

#atuan #I dari koefisien pindah panas adalah 5att per meter persegi-kel*in , C<

!m+K".

22



















+. )iret adalah suatu metode dengan membentuk dua fasa dari satu fasa dengan

penambahan energydan ini dilakukan seara langsung

Indiret adalah suatu metode dengan penambahan substansi lain, maksud dari

substansi lain ini merupakan dilakukannya suatu proses dengan bantuan suatu

media jadi tidak dilakukan proses tersebut seara langsung.

ntuk ontoh dalam kehidupan sehari-hari&

#istem gas-gas seperti, gas elpiji ke kompor gas

#istem gas-air seperti, dipengaruhi tingkat permeasi dan keepatan pemisahan

merupakan fungsi kelarutan. $ungkin untuk kehidupan sehari-hari jarang

ditemui pada system gas-air mungkin kebanyakan ontohnya terjadi pada

industri<pabrik.#istem air-air seperti, proses dialysis adalah proses perpindahan molekul

terlarut dari suatu ampuran larutan yang terjadi akibat difusi pada membrane

semi-permeable.

23



Dari Kel#m'#k ke Peserta

'. #ebutkan penggunaan metoda pemisahan pada perpindahan massa antar fasa

+. #ebutkan dan jelaskan alat kontak antar umpan dan separating agentQ

. Ada / *ariabel pokok pada prinsip desain alat perpindahan massa. %oba

sebutkanQ

.aaban /

'. Penggunaan metoda pemisahan dapat berdasarkan&

Operasi perpindahan massa seara difusional

Pemisahan mekanik

Operasi pemisahan berdasarkan reaksi kimia

Kombinasi dari ara-ara pemisahan di atas

+. Alat kontak antara umpan dan separating agent dapat dikelompokkan menjadi /

yaitu&

S'ra T#er

Spray toer terdiri dari ruang terbuka dan luas pada tempat tersebut gas

mengalir dan ke dalam ruang tersebut disemprotkan airan dengan spray no!!les

atau alat yang dapat membuat butir-butir airan. %airan yang disemprotkan akan

jatuh karena gaya gra*itasinya dengan arah aliran airan dan gas berla5anan

arah.

Karena airan dalam bentuk butir-butir !tetes-tetes airan", maka luas permukaan

bidang kontak antar fasa akan makin besar. Bika ukiran butir semakin keil,

maka luas bidang kontaknya akan semakin besar.

24



Spray toer pada umumnya digunakan untuk proses perpindahan massa gas

yang mudah larut dalam airan, atau perpindahan massanya dikontrol oleh

tahanan fasa gasnya.

"enara 3elem(ung

$enara gelembung pada prinsipnya berla5anan dengan spray toer . Pada

menara ini, gas didispersikan ke dalam airan.6elembung gas ukup keil

sehingga kontak antar fasanya menjadi besar.

$enara gelembung digunakan dalam sistem dengan tahanan pada fasa airan

yang mengontrol keepatan perpindahan massa seara keseluruhan, Kondisi ini

terjadi untuk gas-gas yang tidak mudah larut.

"enara $engan Baan Isian / Packed Tower 0

$enara bahan isian adalah menara tegak yang diisi dengan bahan isian

! packing ".4ahan isian dapat terbuat dari keramik atau bisa juga dari batu-

batuan.6as umumnya mengalir ke atas berla5anan arah dengan aliran airan,

sehingga luas kontak antar fasa menjadi ukup besar.

$enara jenis ini dapat digunakan untuk sistem gas ( airan dimana salah

satunya atau kedua tahanannya mengontrol.

25



"enara $engan Plate-Plate

$enara dengan plate"plate dapat berupa bubble"cap atau sie#e trays.

Pada tiap-tiap plate, gelembung gas yang terbentuk di dasar airan dengan ara

memaksa gas mele5ati lubang-lubang yang keil. Perpindahan massa antar fasa

terjadi saat pembentukan gelembung dan saat gelembung gas mele5ati airan.

. Prinsip desain alat perpindahan massa / *ariabel pokok&

Bumlah stage kesetimbangan?

Caktu yang diperlukan

Kapasitas

1nergy yang dibutuhkan

>+NT+H S+AL

26



1. Konsentrasi oksigen terlarut dalam airR 4erapa konsentrasi oksigen terlarut dalam

air pada +H;K bila larutan berada dalam kesetimbangan dengan air pada tekanan

total ' atm Konstanta 3enry @ /,; N '/ atm<mole fraksi.

Penyelesaian &

Tekanan Parsiil p ) dari Oksigen !A" dalam udara @ ,+' atm

. )engan menggunakan pers.'' R

,+' @ 3NA @ /,; N '/ NA

NA @ /,; N '-2 mol fraksi

Artinya /,; N '-2 mol O+ terlarut dalam ', mol air S oksigen atau ,;0

bagian O+<' bagian air.

2. #uatu ampuran gas pada ' atm abs mengandung udara dan %O+ di kontakkan

dalam suatu single stage penampur seara kontinyu dengan air sebagai sol*en

pada +HK. 6as dan liJuid keluar berada pada kesetimbangan. 8aju alir gas

masuk ' kg.mol<jam, dengan fraksi mol %O+ RyA+@,+. 8iJuid masuk

kg<jam. 3itung jumlah dan komposisi dari kedua fase aliran yang keluar. Asumsi

air tidak menguap ke fase gas.

Penyelesaian &

)iagram seperti gambar '. aliran inert air adalah & 8?@8o @ kg mol<j. Aliran

udara D? & D? @ D!' yA" !'+"

)iperoleh & D? @ D+!' yA+" @ '!' ,+" @ ; kg mol<j

#ubstituUs ke pers.'', untuk membuat kesetimbangan %+ !A",

!'"

Pada +HK, konstanta 3ukum 3enry?s A. , 3 @ ,'/+ N '/ atm<mol frak. 3?

@3<P

3? @ ,'/+ N '/ mol frak gas<mol frak liJuid. #ubstitusi ke pers.:,

yA' @ ,'/+ N '/ NA', substituUs ke pers.. ', diperoleh & NA' @ ',/' N '-/ dan yA' @

,+.

ntuk keepatan aliran yang meninggalkan absorber R

27



8' @ @

D' @ @ @ ' kg mol<j

)alam soal diatas bila, larutan liJuid terlalu ener, 8 V 8'

!. )iinginkan mengabsorb HM aetone dalam udara yang mengandung 'M aeton

dlm suatu menara ounterurrent. Aliran gas masuk kg.mol<j, dan total air

murni masuk sebagai absorbent adalah H kg.mol 3+ <j. Proses di operasikan

pada keadaan isothermal K dan tekanan total '', kPa. 3ubungan

kesetimbangan aeton dalam gas dan liJuid & yA @ +,0 NA. Tentukan jumlah stage

yang dibutuhkan seara teori untuk proses operasi ini,

Penyelesaian &

)iagram proses seperti gambar '2. yAS' @ ,', NA @ , D S' @ , kg mol<j dan

8@ H, kg mol<j. Kesetimbangan material Aeton,

Bumlah aeton masuk @ yAS' D S' @ ,'!,"@ , kg mol<j

dara masuk @ !' yAS'"D S' @ !' ,'"!," @ +H,: kg mol udara<j

Aeton sisa di D' @ ,'!," @ , kg mol<j

Aeton sisa di 8 @ ,H!," @ ,+: kg mol<j

D' @ +H,: S , @ +H,: kg mol udara S aeton<j

yA' @ @ ,''

8 @ H, S ,+: @ H,+: kg mol air S aeton<j

NA @ @ ,

Aliran liJuid pada aliran masuk 8 @ H, pada aliran keluar 8 @ H,+: dan D

dari , s<d +H,:, maka slope 8n<DnS' pada garis operasi adalah konstan. 6aris

operasi bersama dengan garis kesetimbangan yA @ +,0 NA digambar sperti

gambar ':. dimulai pada titik yA', NA, maka diperoleh sekitar 0,+ stage.

28



,. #ebuah menara Tray akan didisain untuk mengabsorb #O+ dari aliran udara

dengan menggunakan air murni sebagai pelarutnya pada +HK !2;W". 6as masuk

mengandung + molM #O+ dan keluar To5er + mol M pada tekanan total '',

kPa. 8aju aliran udara inert adalah '0 kg udara<j.m+ dan aliran air masuk 2 kg

air<j.m+. $isalkan effisiensi $enara Tray +0M, berapa banyak tray teoritikal dan

dan sesungguhnya dibutuhkan pada proses tersebut diatas. AsumUs bah5a proses

berjalan pada +HK !+%".

Penyelesaian &

)ihitung dahulu aliran dalam molar &

D? @ @ 0,'; kg mol inert udara<j.m+

8? @ @ kg mol inert air<j.m+

$enggunakan gambar .';, y S' @ ,+, y' @ ,+ dan N @ .

#ubstitusi ke pers.+, diperoleh &

N @ ,00

#ubstitusi ke pers. ,

ntuk menggambarkan garis operasi dibutuhkan beberapa titik lagi.

)iambil ynS' @ ,: dan substitusi ke pers , diperoleh Nn @,;00, yn@' @ ,',Nn @ ,+' dst. )ata kesetimbangan dapat diperoleh dari App.A.

!!6eankopls".

#ehingga diperoleh Plate teoritis @ +,/ dan jumlah tray sesungguhnya @ +,/<,+0 @

H,2 tray.

4. #ebuah $enara Tray mengabsorbsi ethyl alkohol dari aliran gas inert

menggunakan air murni pada

K dan '', kPa.. 8aju aliran gas masuk '

29



kg mol<j dan mengandung +,+ mol M alkohol. )iinginkan untuk mengambil HM

alkohol. 3ubungan garis kesetimbangan adalah Ry @ mN @ ,2;N untuk aliran

ukup ener. $enggunakan ',0 N laju alir minimum, tentukan jumlah Tray yang

dibutuhkan. 6unakan penyelesaian seara grafik dan pers analitik.

Penyelesaian &

)ata yang diberikan & y'@ ,++, N+ @ , D' @ ' kg mol<j, m @ ,2;. D? @ D'!'-y'"

@'!'-,++" @ H:,; kg mol inert<j. $ole alkohol<j D' @ ' H:,; @ +,+.

$enghilangkan HM, mole<j pada gas keluar D+ @ ,'!+,+" @ ,++. D+ @ D? S

,++ @ H:,; S ,++ @ H;,+. y+ @ ,++<H;,+ @ ,++//. 6aris kesetimbangan di

plot dalam grafik N,y, dengan y+, N+, dan y'. 6aris operasi untuk aliran liJuid

minimum 8min adalah di gambar dari y+ ,N+, ke titik P, menyinggung garis

kesetimbangan dimana N'mak @ y'<m @ ,++<2; @ ,+0, substituUs ke

persamaan garis operasi !/" dan menyelesaikan nilai 8min.

8?min @ 0H,+/ kg mol<j. 6unakan ',0 N 8?min @ ',0!0H,+/" @ ;;,;2. )engan

menggunakan pers. /, untuk 8?min@;;,2; dan menyelesaikan konsentrasi keluar,

N' @ ,+';. 6aris operasi di plot sebagai garis lurus yang menyinggung titik y+,

N+, dan y', N' pada gambar +. #uatu titik intermedit dihitung dengan mengatur y @

,'+ pada pers. / dan diperoleh N @ ,':;. Plot titik ini terlihat bah5a garis

operasi enderung berbentuk garis lurus. Ini terjadi karena larutan sangat ener.

Bumlah Tray diperoleh @ /,. Total laju alir RD' @ ', D+ @ D?<!'-y+" @ H:,;!'-

,++// @ H;,+, 8+ @ 8? @ ;;,2; dan 8' @ 8R<!'-N'" @ ;;,2;<!'-,+';" @

H,;/.

ntuk menghitung jumlah tray seara Analitik, A' @ 8'<mD' @ H,;/<!,2;"!'" @

',2, A+ @ 8+<mD+ @ ;;,2;<!!,2;"!H;,+" @ ',. )engan menggunakan rata+

geometrik, A @ ',0. )engan menggunakan pers.;,

30



@ /,/, hampir sama dengan yang diperoleh seara grafik

31



DA?TA* PUSTAKA

%hsistie B, 6eankoplis XTransport Processes )nd 0nit Operations1th edition, 'HH:.

Treyball, 2ass Trans3er Operation,$63,'H;/.

#her5ood, T.k., 9.8. Pigrof dan %.9 Cilke, Xmass Transfer, $6ro5-hill, e5 York,

'H:0

Chitman, C.6.& %hem and $et 1ng. 'H+

http&<<id.5ikipedia.org<5iki<PerpindahanZpanas

4uku Ajar Proses Absorpsi gas liJuid oleh & #ri 9edjeki

http://id.wikipedia.org/wiki/Perpindahan_panas

http://id.wikipedia.org/wiki/Perpindahan_panas

perpindahan massa antar fassa

Documents