Chemical Engineering Thermodynamics - Inbox Hati ... · Steel/baja merupakan suatu campuran besi dan karbon yang dapat dipertimbangkan menjadi senyawa ... Susunan atom-atom dalam

14/09/2011

1

1

Chemical Engineering ThermodynamicsChemical Engineering ThermodynamicsPrepared byPrepared by:: Dr.Dr. NNINIEKINIEK FajarFajar PuspitaPuspita, M.Eng August,, M.Eng August, 20201111

2011Gs_II_Properties, Phase Equilibrium, Ideal Gas2011Gs_II_Properties, Phase Equilibrium, Ideal Gasand EOSand EOS

1

2

Ch 2Ch 2 -- Properties of Pure SubstancesProperties of Pure Substances

2

Lesson Topics Descriptions

Lesson 2ALesson 2A Introductionto PureSubstances

Mendiskusikan senyawa murni dan fase-fase yangada.

Lesson 2BLesson 2B P-V-T :Phases andPhaseDiagrams

Mempelajari bagaimana parameter-parametertekanan (P), temperatur (T) dan molar volume (Ṽ)saling terkait.Mempelajari diagram fase untuk membantuvisualisasi guna memahami hubungan parameter-parameter tersebut dengan lebih baik.

Lesson 2CLesson 2C ObtainingData FromTables

Mempresentasikan sifat termodinamik yang sangatpenting, dan mempelajari bagaimana mencapaidata dari tabel termodinamik.

Lesson 2DLesson 2D PhaseEquilibrium

Mempelajari VLE_vapor liquid equilibrium darisenyawa murni dan kesetimbangan cairan terkaitdengan evaporasi air dengan adanya udara.

14/09/2011

2

3

Ch 2Ch 2 -- Properties of Pure SubstancesProperties of Pure Substances

3

Lesson Topics Descriptions

Mempelajari berbagai difinisi dan istilah yangdigunakan untuk mendiskripsikan Humidity,Evaporation, & Boiling.

Lesson 2ELesson 2E Ideal GasandGraphicalEquations ofState_EOS

Mempelajari EOS paling sederhana: Ideal Gas EOSMenentukan kesalahan terkait penyimpangan darigas ideal.Mempelajari Graphical EOS yang menggunakanprinsip corresponding state & generalizedcompressible charts untuk mengevaluasi idealitaspenyimpangan .

Lesson 2FLesson 2F OtherEquations ofState_EOS

Mempelajari EOS lebih canggih, lebih teliti daripada ideal gas EOS dan penggunaan komputerdari faktor kompresibilitas (Graphical EOS)

4

Pure SubstancesPure Substances

4

Difinisi Penjelasan

What is a PureWhat is a PureSubstance ?Substance ?

is comprised of a single chemicalelement or compound. Terdiri darielemen atau senyawa kimia tunggal.

When Can a MixtureWhen Can a Mixturebe Treated as a Purebe Treated as a PureSubstance ?Substance ?

Combining two substances ...Mengkombinasikan 2 senyawa...

A Homogeneous (uniform) Mixturecan often be treated as if it were aPure Substance. Campuran homogen dapatdiperlakukan seakan-akan ada senyawa murni.

A Heterogeneous (or non-uniform)Mixture cannot be treated as a PureSubstance. Campuran heterogen tidak dapatdiperlakukan seakan-akan seperti senyawamurni.

14/09/2011

3

5

When Can a Mixture be Treated as a Pure Substance ?

5

Mempertimbangkan campuran heterogen yang ditunjukkan di sini. Komposisiyang mendekati bagian atas vessel sangat berbeda dari komposisi yang beradapada badan dasar vesel. Oleh karena itu, sistem ini tidak dapatdipertimbangkan sebagai senyawa murni.

Apakah yang disebut dengan campuran homogen? Ini bukan campuran murnikarena mengandung jenis molekul yang berbeda. Tetapi dapatkah inidiperlakukan sebagai senyawa murni, dengan cara apapun? Ya, kadang-kadang dapat, karena campuran homogen atau uniform, dimana seluruhkomposisi sama.

Sepanjang seluruh komposisi tetap konstan dan uniform, campuran ini dapatdiperlakukan sebagai senyawa murni. Hal ini dapat disebut pseudo-component. Sebagai contoh udara terdiri dari sekitar 79 % molekul nitrogen dan 21 % molekul

oxygen dan sering dipertimbangkan sebagai senyawa murni atau pseudo-component.

Sebagai contoh reaksi kimia yang melibatkan hanya satu spesies didalam campuran,kemudian komposisi berubah. Karena sistem ini tidak benar untuk diperlakukansebagai senyawa murni.

6

What Are Gas, Liquid and Solid Phases ?What Are Gas, Liquid and Solid Phases ?

6

Fase Definisi Strukturmolekul

Gas Phase,Gas Phase,GG

Molekul-molekul bergerak secara random dengan3 tipe gerakan yang berbeda: vibration, rotationdan translation. Molekul-molekul dipisahkan olehjarak yang luas dan menempuh perjalanan panjanguntuk saling bertubukran.

Liquid Phase,Liquid Phase,LL

Molekul-molekul bergerak secara random dengan3 tipe gerakan tersebut tetapi jarak mereka dekatdan tidak dapat menempuh perjalanan sangat jauhuntuk saling bertubrukan.

Solid Phase,Solid Phase,SS

Atom-atom atau molekul-molekul mempunyaiseluruh 3 tipe gerakan, tetapi mereka bersama-sama sangat dekat. Mereka tidak dapatmenempuh perjalanan jauh sama sekali sebelumbertubrukan. Setiap molekul bergerak didalamruang sempit.

14/09/2011

4

7

What Are Gas, Liquid and Solid Phases ?

7

Apakah perbedaan G, L dan S? Perbedaan G, L dan S dapat dilihat dari sifat-sifatyang dapat diukur dari setiap fase, seperti densitas. Tetapi dari level molekuler,dapat dilihat perbedaan-perbedaan yang mendasar.

Di dalam seluruh fase, seluruh molekul-molekul atau atom-atom dalam keadaanbergerak, tetapi perbedaan tipe geraknya dikategorikan sebagai gerakanvibrational, rotational atau translational. Energi vibrasional dihubungkan dengan perubahan-perubahan dalam panjang, dan sudut

ikatan didalam molekul. Ada banyak model yang mana molekul dapat tervibrasi (bergetar)pada waktu yang sama.

Energi rotasional merupakan energi kinetik yang disimpan didalam molekul karena gerakanberputar.

Energi translasional yaitu energi kinetik didalam molekul karena mempunyai kecepatanlinier.

Energi total yang disimpan didalam molekul dalam bentuk ini disebut ENERGIINTERNAL dan diberi simbol U untuk energi internal total dari suatu materi.

Temperatur yang lebih tinggi dari senyawa murni, mempunyai U yang lebih besar.

88

Perbedaan 3 fase pada skala molekuler ditunjukkan dengan jarak rata-ratadiantara molekul.

Dalam fase G, molekul-molekul berjauhan, sementara dalam L dan G, molekul-molekul sangat dekat. Akibatnya G sering disebut fase terdispersi sementara Ldan S disebut fase terkondensasi.

Molekule-molekul fase G mempunyai banyak energi vibrasional, rotasional dantranslasional dan karena itu mempunyai U lebih tinggi dari pada saat molekul-molekul ada dalam fase L dan S.

Serupa dengan molekul-molekul dalam fase L cenderung mempunyai U lebihbesar dari pada molekul-molekul yang sama dalam fase S.

Tidak sederhana membandingkan U dari molekul-molekul yang berbeda.

Sekarang S mempunyai struktur yang relatif kaku/rigid. Tetapi, molekul-molekulatau atom-atom nya masih dalam keadaan vibrate, rotate dan translate. Merekacenderung untuk tetap dalam volume kecil diantara molekul-molekul atau atom-atom yang berdekatan.

14/09/2011

5

99

Apa yang terjadi pada molekul-molekul dan atom-atom saat perubahan faseseperti boiling atau smelting terjadi?

Apa yang bisa dipikirkan tentang fase lain selain 3 fase yang telah ditunjukkandisini?

Are there Really Only Three Phases ?

Benar-benar hanya ada 3 fase? Tidak! Ada sejumlah fase yang tidak terbatas!

Diamond dan graphite adalah kedua-duanya karbon murni, tetapi merekafasenya berbeda secara menyeluruh dan sifat-sifat dan harga juga berbeda.

Diamond memperlihatkan 3 dimensi yang simetri sempurna dikelilingi masing-masing dan setiap atom karbon.

Graphite pada sisi yang lain mempunyai lembar-lembar (sheets) atom karbondengan atom-atom karbon di lembar yang berdekatan berbaris langsung diatasdan dibawah satu sama lain.

Perbedaan yang sangat tajam pada strukturnya membuat seluruh perbedaan sifatdan juga harganya.

Graphite dan diamond adalah contoh fase yang berbeda!

1010

Graphite Structure of CarbonGraphite Structure of CarbonDiamond Structure of CarbonDiamond Structure of Carbon

14/09/2011

6

11

What if More Than One Phase is Present ?What if More Than One Phase is Present ?

11

Is Ice Water a Pure Substance ?Is Ice Water a Pure Substance ?What if More Than One Phase is Present ? Mempertimbangkan gelas berisi air es. Jika hanya ada air dan

tidak ada udara diatas air es, apakah ini disebut senyawa murni? Ya, karena dimanapun didalam sistem, seluruh molekul adalah air.

Fase tidak menjadi masalah. Apa yang terjadi jika terdapat gas diatas air es? Akankah sistem

mengandung gas diatas air es? Akankah sistem mengandungsenyawa murni?

Baiklah, ini tergantung. Gas diatas air es mungkin menjadi uap airmurni... Bukan udara. Dalam hal ini materi menjadi senyawamurni.

Bagaimanapun, jika ada udara ditempat tersebut kemudiankomposis fase gas tidak air murni seperti fase cair dan fase padat.Kemudian materi didalam wadah tersebut tidak dipertimbangkanmenjadi senyawa murni.

Sekarang pertimbangkan konsep fase berikut.

12

Multiple PhasesMultiple Phases

12

Multiple Liquid Phases: Miscibilityimmiscible Suatu sistem dapat mempunyai bermacam-macam

fase cair saat senyawa tidak terlarut satu sama lain.Senyawa semacam ini disebut tidak dapatbercampur/immiscibleimmiscible.Misal, minyak tidak bercampur dengan air dan saatdicampur akan terbentuk 2 lapisan atau 2 fase.

miscible Saat sistem mempunyai bermacam-macamkomponen cair yang terlarut sempurna satu samalain, mereka disebut mismisciblecible .Campuran yang dihasilkan dapat dipertimbangkansebagai senyawa murni jika cairan berpartisipasidalam reaksi kimia.

Alloy Pencampuran besi dan karbon dibawah kondisiyang tepat akan menghasilkan campuran uniformyang disebut alloy, dalam kasus ini, yaitu baja/steel.

14/09/2011

7

1313

Multiple Solid Phases

Dibawah lingkungan apapun, fase padat dapat menjadi campuran murni danfase tunggal.

Steel/baja merupakan suatu campuran besi dan karbon yang dapatdipertimbangkan menjadi senyawa murni.

Bagaimanapun, baja mungkin atau tidak mungkin menjadi fase padat tunggal.

Ingat banyak padatan membentuk kisi-kisi kristal.

Ingat juga ada perbedaan tipe kisi-kisi dari kristal seperti face-centered cubicdan body-centered cubic. Ada banyak susunan geometris bahwa atom-atomdan molekul-molekul dapat menjadi padatan.

Faktanya, kristal yang uniform sulit untuk dibuat dan sebagian padatandisebut “amorphous solids.”

Susunan atom-atom dalam padatan memainkan peran penting dalammenentukan banyak sifat-sifat fisik, kimia dan mekanikal dari padatan.

1414

Ada batasan berapa banyak karbon yang dapat dicampur agar supayamencapai fase tunggal saat campuran dipadatkan.

Ada juga batasan berapa banyak besi yang ditambahkan pada karbon danmasih mencapai fase tunggal saat pencapuran memadat.

Saat besi dan karbon dicampur dalam rasio tertentu dan didinginkan (cooledatau quenched) dengan cara tertentu, satu tipe struktur terbentuk pada levelmolekuler. Ini merupakan tipe fase atau satu tipe baja.

Jika rasio dari karbon ke besi berubah atau cara dimana campuran tersebutdiidnginkan, hasilnya mungkin menjadi tipe baja yang berbeda.Keduakomposisi dan struktur molekulernya mungkin menjadi berbeda.

Garis dasar merupakan benar-benar fase padat yang berbeda, dan hanyasebagai karbon dan graphite yang merupakan fase padat yang berbeda.

14/09/2011

8

15

Phase EquilibriumPhase Equilibrium

15

Perubahan dan kesetimbangan Fase

Phase ChangesPhase Changes Principle Phases:solid (ice),liquid (water), andgas (water vapor).

PhasePhaseEquilibriumEquilibrium

Mempertimbangkan gelas air es yangditempatkan didalam tempat yangetrisolasi secara sempurna.Pada awalnya es mulai meleleh dan airmulai menguap. Pada akhirnya, es mulaiberhenti meleleh dan air mulai berhentimenguap.Sistem ini telah mencapai kesetimbanganfase.

1616

Phase Equilibrium

Lihat apa yang terjadi saat kami menempatkan satu gelas air es kedalam tempattertutup, yang terisolasi sempurna.

Tempat yang terisolasi sempurna sulit ditemukan tetapi anggap bahwa ada.

Pertama potongan-potongan es mulai meleleh. Cairan air juga mulai menguap.

Tetapi pada akhirnya masa dari potongan-potongan es mulai menjadi stabil. Masacairan es akan juga menjadi konstan.

Jika tekanan 1 atm dan proses tersebut menjadi cukup lama, seluruh 3 fasemencapai 0oC.

Itu mencapai kesetimbangan fase.

kesetimbangan fase dikarakterisasi oleh temperatur yang sama ke seluruh sistemdan bukan berubahan total dalam masa atau komposisi fase apapun.

kesetimbangan fase diluar dari konsep dari materi ini.

Lihat satu lagi sistem dari tipe proses berikut.

14/09/2011

9

17

Phase Changes in a Closed SystemPhase Changes in a Closed System

17

State 1State 1

StateState 44StateState 55

State 3State 3State 2State 2

T1 < T2T1 < T2 T2 = T3T2 = T3

T3 = T4T3 = T4

T5 = T4T5 = T4

T2 = 100oC,Pada titik didih 1 atm.

Water

Seluruh Energi yangditambahkandigunakan untukmenggerakkanmolekul air dari fasecair ke fase uap.

Energi yangditambahkan setelahseluruh air menguap,digunakan untukmenaikkan temperatur

1818

Phase Changes in a Closed System

Sistem yang ditunjukkan disini yaitu suatu silinder yang berisi air dengan tertutuppiston. Tidak ada udara didalam silinder.

Beban yang ditunjukkan diatas piston hanya mengingatkan kita bahwa atmosfirdisekitarnya menekan piston kebawah.

Untuk persoalan ini, digunakan special mass-less piston. Hasilnya, tekanan padaair didalam silinder dapat dijaga konstan pada 1 atm.

Dalam proses ini, panas siap ditambahkan ke air didalam silinder.

Pada awalnya, temperatur meningkat dari T1 hingga mencapai T2 = 100oC, titikdidih pada 1 atm. Kemudian, gelembung-gelembung halus air uap air terbentuk.

Pada keadaan 3, banyak air yang menguap, tetapi temperatur tetap konstan.Seluruh energi yang ditambahkan digunakan untuk memindahkan molekul-molekul air dari fase cair ke fase uap.

Pada akhirnya, keadaan 4, tetes terakhir yang menguap.

Penambahan energi yang berlebih ke dalam sistem tersebut, temperatur sekali lagimulai naik.

Materi berikut akan membahas tentang proses tesebut lebih detail.

14/09/2011

10

19

Lesson Summary 2ALesson Summary 2A

19

Chapter 2, Lesson A - Introduction to Pure Substances Pada pelajaran ini, ide-ide dasar tentang sifat alami dari materi dan fase dipelajari.

Pertama mempelajari konsep senyawa murni. Kemudian, memperkenalkan ide idecampuran heterogen kadang dapat dipertimbangkan menjadi pseudo-componentdan dinyatakan seperti senyawa murni. Faktanya bahwa bermacam-macam faseyang ada tidak terpengaruh apakah senyawa tersebut murni atau tidak.

Mendiskusikan sifat alami dari fase-fase, dan perbedaan fase G, L dan S. Kemudianmemperkenalkan konsep energi vibrasional, rotasional and translasional.Sebelumnya yang dikenal adalah 3 fase, S,L, dan G. Tetapi pada kesempatan inibanyak macam fase padat diperkenalkan, seperti diamond dan graphite, dan jugabermacam-macam fase cair yang immiscible, seperti minyak dan air.

Setelah memahami sifat alami dari fase, diperkenalkan konsep kesetimbangan fase,kemudian mempelajari fase G dan bermacam-macam fase L dan S yang dapatdalam keadaan kesetimbangan satu sama lain. Salah satu kesetimbangannya yaituvaporvapor--liquidliquid equiliriumequilirium (VLE)(VLE).

Pelajaran berikut, mempelajari hubungan antara P, V dan T.

Chapter 2, Lesson A - Introduction to Pure Substances Pada pelajaran ini, ide-ide dasar tentang sifat alami dari materi dan fase dipelajari.

Pertama mempelajari konsep senyawa murni. Kemudian, memperkenalkan ide idecampuran heterogen kadang dapat dipertimbangkan menjadi pseudo-componentdan dinyatakan seperti senyawa murni. Faktanya bahwa bermacam-macam faseyang ada tidak terpengaruh apakah senyawa tersebut murni atau tidak.

Mendiskusikan sifat alami dari fase-fase, dan perbedaan fase G, L dan S. Kemudianmemperkenalkan konsep energi vibrasional, rotasional and translasional.Sebelumnya yang dikenal adalah 3 fase, S,L, dan G. Tetapi pada kesempatan inibanyak macam fase padat diperkenalkan, seperti diamond dan graphite, dan jugabermacam-macam fase cair yang immiscible, seperti minyak dan air.

Setelah memahami sifat alami dari fase, diperkenalkan konsep kesetimbangan fase,kemudian mempelajari fase G dan bermacam-macam fase L dan S yang dapatdalam keadaan kesetimbangan satu sama lain. Salah satu kesetimbangannya yaituvaporvapor--liquidliquid equiliriumequilirium (VLE)(VLE).

Pelajaran berikut, mempelajari hubungan antara P, V dan T.

Cara penetapan sifat termodinamik senyawa murniCara penetapan sifat termodinamik senyawa murni

Sifat termodinamika senyawa murni dapat ditetapkan melalui: Sifat termodinamika senyawa murni dapat ditetapkan melalui:

20

DIAGRAM FASE (PHASE DIAGRAM)DIAGRAM FASE (PHASE DIAGRAM)

TABEL UAP (STEAM TABLE)TABEL UAP (STEAM TABLE)

PERHITUNGAN SECARA ONLINE (ONLINE CALCULATION)PERHITUNGAN SECARA ONLINE (ONLINE CALCULATION)

14/09/2011

11

21

What is a Phase Diagram ?What is a Phase Diagram ?What is a Phase Diagram ?What is a Phase Diagram ?

21

Diagram fase menggambarkan bagaimana fase-fase primer(solid, liquid, gas) dari suatu senyawa berubah, disebabkanoleh perubahan tekanan, volume dan temperatur sistem.

Diagram fasedikonstruksidengan caramenggambarfungsi sebagaiberikut:

1. Temperature as a function of themolar volume (TT--ṼṼ)

2. Pressure as a function of the molarvolume (PP--ṼṼ)

3. Pressure as a function oftemperature (PP--TT)

TT

ṼṼ

ṼṼ

PP

TT

PP

Molar volume = Ṽ = Volume/mole (V/n)Specific volume = Ṿ = Volume/unit mass (V/m)

2222

What is a Phase Diagram ?

Diagram fase menunjukkan kepada kita bahwa fase dimana material ada padakeadaan yang diberikan.

Memberikan sejumlah informasi tentang pendidihan, pelelehan, dan perubahan-perubahan fase yang lain.

Diagram fase dapat membantu memahami lebih dalam fase-fase dan perubahan-perubahan fase.

Pada bab ini hanya membahas diagram fase untuk senyawa murni.

Ada sejumlah besar tipe diagram fase yang berbeda, tetapi disini akan dimulaidengan ke 3 besar yaitu: diagram T- Ṽ, P- Ṽ dan P-T, yang telah dikenal dengankonsep temperature, tekanan dan volume.

Ṽ yang dimaksud volume MOLAR, yaitu volume per mol atau hanya volumetotal sistem dibagi dengan jumlah mol didalam sistem.

Volume spesifik direpresentasikan dengan V, yaitu volume per satuan masasistem.

14/09/2011

12

2323

Mengapa perlu membedakan volume molar dan volume spesifik? Karena jika digunakan volume, diperlukan satu diagram fase untuk sistem

yang berisi 2 kg air dan diagram fase yang lain yang berisi 0.2 kg air.

Mengapa? Pertimbangkan suatu sistem dengan volume 2 liter yang diisi 2 kg air.

Karena densitas air pada tekanan atmosferis kira-kira 1 kg/L.

Tetapi jika volume 2 liter diisi 0.2 kg air pada tekanan atmosferis juga, makabeberapa air akan menjadi fase yang berbeda.... Fase G.!

Hal ini karena fase tergantung pada ukuran sistem!

Sehingga penggunaan volume molar dan volume spesifik termasuk volumetotal, agar terbentuk diagram fase tunggal yang dapat digunakan terlepas dariukuran sistem.

24

Key Terms Associated with Phase DiagramsKey Terms Associated with Phase Diagrams

24

Fase Penjelasan ContohSubcooledSubcooledLiquidLiquid

Cairan berada pada temperaturdibawah titik didihnya ( T< Tsat )untuk tekanan yang diberikan.

Penambahan sedikit energi pada air(80oC; 1 atm) tidak akanmenyebabkan cairan menguaptetapi hanya dapat menaikkan T.

SaturatedSaturatedLiquidLiquid

Cairan tepat pada temperatur(Tsat ) yang mana cairan tersebutakan mendidih pada tekananyang diberikan ( P = P* ).

Penambahan energi berapapunpada air (100oC; 1 atm)menyebabkan cairan menguap,tetapi dapat menaikkan T.

SaturatedSaturatedMixture :Mixture :

Campuran dari cair jenuh danuap jenuh dalam keadaankesetimbangan.Temperatur merupakantemperatur jenuh, Tsat , dantekanan disebut tekanan uap P*=P.

Cairan dan uap dalam keadaankesetimbangan (100oC; 1 atm).Pengambilan sedikit energimenyebabkan uap terkondensasi,tetapi T tidak turun.Penambahan sedikit energi cairanmenguap, tetapi T tidak naik.

14/09/2011

13

25

MoreMore Key Terms Associated with Phase DiagramsKey Terms Associated with Phase Diagrams

25

Fase Penjelasan ContohSaturatedSaturatedVapor :Vapor :

Uap pada temperatur tepatjenuh ( Tsat ), dimana uap akanterkondensasi pada tekanan yangada( P = P* ).

Pengambilan sedikit energi pada uapair (100oC; 1 atm) menyebabkansejumlah uap terkondensasi, tetapi Ttidak berubah.

SuperheatedSuperheatedVapor:Vapor:

Uap pada temperatur diatas titikdidihnya ( T > Tsat ) untuktekanan yang ada.

Pengambilan sedikit energi pada uapair (110oC; 1 atm) tidakmenyebabkan sejumlah uapberapapun terkondensasi, tetapi Tturun.

2626

Key Terms Associated with Phase Diagrams

Memulai fokus pada vapor-liquid equilibrium, VLE. Konsep saturasi merupakankunci untuk memahami VLE. Pada tekanan 1 atmosfir air mendidih pada 100oC,Benar? Ada 2 hal sangat penting, yaitu 1 – Temperatur saturasi, Tsat air pada 1 atm yaitu 100oC. 2 – Tekanan uap air pada 100oC, P*(100oC) yaitu 1 atm.

Ide temperatur jenuh sangat intuitif, tetapi dapat fokus pada tekanan uap.

Tekanan uap merupakan tekanan dimana cairan mengalami pendidihan.Tekanan uap hanya tergantung pada temperatur. Sebagai contoh, tekanan uap air pada 80oC yaitu kurang dari 1 atm. Air

pada 1 atm dan 80oC tidak mendidih. Dapat dikurangi tekanannya agarsupaya air dapat mendidih pada 80oC.

Tekanan uap air pada 110oC lebih besar dari 1 atm. Ini berarti bahwa air pada110oC akan mendidih hampir jika tekanan lebih besar dari pada 1 atm.

Apa yang disebut dengan saturasi/jenuh...? Cairan jenuh merupakan cairan yangmana pada temperatur jenuh atau titik didih yang merespon tekanan yang ada.

14/09/2011

14

2727

Air pada 1 atm dan 100oC dalam keadaan cair jenuh, yaitu Tsat = 100oC & P =P*(100oC) = 1 atm.

Jika sedikit energi ditambahkan ke cairan jenuh dan dijaga pada tekanan tetapkonstan, beberapa cairan mendidih atau menguap dan menghasilkan fase uap.

Bagian dingin merupakan temperatur yang tidak berubah. Cairan dan uapkeduanya ada pada keadaan kesetimbangan pada 100oC.

Gelembung-gelembung uap membentuk uap jenuh Tsat = 100oC and P =P*(100oC) = 1 atm

Uap jenuh adalah uap pada temperatur jenuh yang sesuai dengan tekanan yangada. Jika diambil sedikit energi pada uap jenuh, dan menjaga tekanan konstan,beberapa uap akan mengembun dan menghasilkan fase cair. Fase ini akan menjadicair jenuh. Uap dan cairan jenuh adalah fase yang ada atau paling tidak dapatberada dalam kesetimbangan dengan yang lain.

Apa yang terjadi jika air pada 1 atm dan hanya 25oC ? Ini adalah cair jenuh?Bukan... Karena pada T (25oC) kurang dari Tsat pada 1 atm (100oC). Ini disebutcairan subcooled karena ada pada T dibawah Tsat untuk tekanan tersebut.

2828

More Terms Associated With Phase Diagrams

Similaritas dengan diatas, apa yang terjadi, jika uap air pada 1atm dan 125oC?Ini bukan uap jenuh karena T > Tsat. Ini disebut superheated vapor.

Kurva cair jenuh yaitu kumpulan seluruh titik pada diagram fase yangmerepresentasikan cair jenuh. Setiap titik pada kurva cair jenuh sesuai dengantekanan yang berbeda dan Tsat yang terkait dengannya.

Similar dengan kurva uap jenuh yaitu kumpulan seluruh titik yangmerepresentasikan uap jenuh.

Titik kritis adalah khusus. Titik kritis merupakan titik dimana kurva cair jenuhdan kurva uap jenuh bertemu. Ini dapat dikatakan bahwa cair jenuh dan uapjenuh yaitu satu dan sama. Mereka memiliki sifat-sifat identik. Ini kelihatannyajanggal, cair dan uap mempunyai sifat-sifat yang sama.

Mendiskusikan titik kritis lebih menyeluruh saat kami mempertimbangkandiagram fase P-T.

Memperkenalkan konsep kualitas. Saat campuran uap jenuh dan cair jenuh,kualitas digunakan untuk mengukur masa relatif dari tiap fase.

14/09/2011

15

2929

Uap jenuh mempunyai kualitas 1 karena 100% masa dalam fase uap.

Cair jenuh mempunyai kualita 0 karena zero % masa dalam fase uap.

Kualitas merupakan fraksi masa total yang berada dalam fase uap.

Berikut menjelaskan tentang sebagian besar terminologi, dan melihatbagaimana keadaan yang berbeda terlihat pada diagram T-V.

30

Key Terms Associated with Phase DiagramsKey Terms Associated with Phase Diagrams

30

Penjelasan ContohSaturated Liquid Curve :Saturated Liquid Curve : Kurva dimana hanya ada cairan jenuh.

Saturated Vapor Curve :Saturated Vapor Curve : Kurva dimana hanya ada uap jenuh.

Critical Point :Critical Point : Titik dimana kurva cair jenuh dan uap jenuh bertemu. Padatitik kritis, fase cair jenuh dan uap jenuh sama.• Diatas Tc, fase uap tidak terkondensasi menjadi cairan tidakpeduli berapapun kenaikan P.• Diatas Pc, fase cair tidak mendidih menjadi uap tidak peduliberapapun kenaikan T.-Pada saat T diatas Tc dan P diatas Pc, cairan disebutsupercritical fluidsupercritical fluid.

Quality x :Quality x :

mmtotaltotal = m= mliquidliquid + m+ mvaporvapor

Dalam campuran uap jenuh dan cair jenuh, kualitasmerupakan fraksi dari masa total yang berada didalam faseuap.Ada kualitas yang sangat penting karena uap dan cairansecara dramatis mempunyai sifat-sifat termodinamis yangberbeda.

14/09/2011

16

31

Building a TBuilding a T--V Phase DiagramV Phase Diagram

31

AA description of that state.description of that state.

11

22 33 44

55

Point 2_Point 2_Sistem pada T =Tsat,Saturation temperature_T jenuhdan kualitas x = 0

Point 1_Point 1_Sistem pada 20oC,Karena T < Tsat, subcooledliquid

PPoint 3oint 3__Kualitas x naik dari 0,tetapi temperatur tetap konstan.

PPoint 4oint 4__uap jenuh. Seluruh air dalam fase uap, sehingga kualitas x = 1 dantemperatur masih jenuh pada Tsat.

Point 5_Point 5_Penambahan energi pada uap jenuh, membuat temperatur mulainaik, tetapi kualitas tidak terdefinisikan.

3232

Building a T-V Phase Diagram

Pada diagram T-V tersebut, kita mempertimbangkan air pada tekanan 1atm. Kurva yang diplot disebut isobar … karena lintasannya berada padatekanan konstan.

Pada kurva ini, temperatur jenuh, Tsat yaitu 100oC.

Mulai dari point 1, dimana sistem berada pada temperatur 20oC. Karena T <Tsat, keadaan ini disebut cairan dingin (subcooled liquid).

Jika kita tambahkan energi pada sistem tersebut diatas, temperatur meningkatsementara tekanan tetap konstan, dan penambahan energi hingga mencapaipoint 2 yaitu mencapai temperatur 100oC.

Pada point 2, T = Tsat dan ini merupakaan keadaan cair jenuh. Karena fraksimasa air yaitu fase uap = 0, maka kualitas x cair jenuh juga 0 (zero).

Jika penambahan energi pada sistem ini diteruskan, gelembung-gelembung kecildari bentuk uap akan timbuh dan sistem bergerak kearah point 3. Kualitas x meningkat dari 0 hingga menjadi lebih besar dari 0 (atau <1),

tetapi penambahan energi masih membuat temperatur tetap konstan padaTsat.

14/09/2011

17

3333

Saat tetes kecil terakhir dari cairan menguap, kedaan telah mencapai point 4,yaitu uap jenuh. Seluruh air merupakan fase uap, sehingga kualitas x = 1. Perhatikan bahwa

temperatur masih pada Tsat.

Saat energi ditambahkan pada uap jenuh, temperatur mulai meningkat dansistem bergerak ke keadaan 5.

Karena temperatur diatas Tsat pada 1 atm, keadaan ini disebut uap lewat jenuh(superheated vapor). Kualitas tidak didefinisikan untuk uap jenuh.

Diagram fase T-V tersebut menjelaskan keadaan senyawa air pada suatutekanan (P=1 atm), sedangkan berikut akan didiskusikan tentang diagram faseisobars pada berbagai tekanan.

34

TwoTwo--Phase Envelope on a TPhase Envelope on a T--V Phase DiagramV Phase Diagram

34

11

22

3344

55Kurva no. 1_Kurva no. 1_kurva isotermalkurva isotermal 22fase (fase (aa--bb) pada) pada lintasan tekanankonstan P1Kurva no. 2_Kurva no. 2_kurva isotermalkurva isotermal 22fase (fase (cc--dd) pada) pada lintasan tekanankonstan P2Kurva dari Point 3 ke 5_Kurva dari Point 3 ke 5_caircair jenuhjenuhKurva dari Point 4 ke 5_Kurva dari Point 4 ke 5_uapuap jenuhjenuhPoint 5_Point 5_titik kritis yaitu pertemuantitik kritis yaitu pertemuankurva cair jenuh dan uap jenuhkurva cair jenuh dan uap jenuh


Isotermal yang melewati titik kritis disebut isotermal kritisdan direpresentasikan dengan simbol Tcr.

Tcr.

ab

cd

14/09/2011

18

3535

Saat mendiskusikan diagram T-V, apa yang terjadi saat temperatur lebih besardari pada Tc? Ini disebut fluida superkritis dan isotermal yang diberi tanda no. 6 adalah

isotermal superkritis.

Fluida superkritis akan didiskusikan lebih detail saat mendiskusikan diagram P-Tpada halaman-halaman berikut.

Dalam diagram P-V, diekspansikan jarak dari tekanan dan volume untukmemasukkan daerah dimana padatan itu berada. Daerah ini ada dalamdiagram T-V juga, tetapi ide-ide ini akan diuraikan berikut ini.

Diagram P-V mewakili senyawa yang mana padatan mempunyai volumemolar lebih kecil. Ini berarti padatan lebih rapat dari pada cairan. Beberapasenyawa tidak mengikuti kecenderungan ini. Air adalah suatu contoh yangsangat umum dari fluida yang mana padatannya kurang rapat dari padacairan, yaitu pada dasarnya es mengapung. Konsep kesetimbangan padat-uapkemungkinan baru bagi yang baru mengenal thermodinamika. Berikut akanmenjelaskan hal tersebut.

36

PP--V Phase DiagramV Phase Diagram

36

11

2233

44

55

66


Kurva no. 1_Kurva no. 1_kurva isotermal padakurva isotermal padalintasan tekanan konstan P1Kurva dari Point 2 ke 4_Kurva dari Point 2 ke 4_caircair jenuhjenuhKurva dari Point 3 ke 4_Kurva dari Point 3 ke 4_uapuap jenuhjenuhPoint 4_Point 4_titik kritistitik kritisKurva Point 4 ke 5_Kurva Point 4 ke 5_temperaturisotermal kritis (Tc)Point 6Point 6_isotermal super kritis

A

B1 B2

C

P*

Tc

Kurva pada diagram P-V merupakan kurva isotermal yangmewakili alur dari temperatur konstan.

Kurva isotermal pada diagram P-V tidak berjalan dengan arahyang sama seperti isobar pada diagram T-V.

14/09/2011

19

37

Penjelasan Diagram PPenjelasan Diagram P--VV

37

Pertimbangkan gas didalam piston yang dijaga pada temperatur konstan. Jika tekanan dinaikkan, apa yang akan terjadi terhadap volumenya? Sebagai

hasil, jika tekanan dinaikkan sepanjang kurva isotermal, maka volumemolar harus turun. Sehingga arah isotermal dapat ditunjukkan padadiagram.

Silahkan mulai dari posisi silinder piston berisi cairan pada TH di titik A dantekanan sangat tinggi, kemudian piston ditarik / diekspansikan agar tekananturun secara isotermal.

Pada akhirnya mencapai tekanan tepat sama dengan tekanan uap fluida pada THdi titik B1 berarti bahwa cairan didalam silinder sekarang cair jenuh dankemudian jika ditambah energi pada tekanan tetap konstan sampai terbentukgelembung-gelembung halus uap. Uap ini merupakan uap jenuh yang beradadalam keadaan kesetimbangan dengan cair jenuh di titik B2 dan ada padatemperatur yang sama, TH dan tekanan P* (TH), tetapi mempunyai volumemolar lebih besar.

3838

Apa yang terjadi saat temperatur lebih besar dari Tc? Ini disebut fluida super kritis dan kurva no 6 merupakan isotermal super

kritis.

Diagram P-V merepresentasikan senyawa yang mana padatan mempunyaivolume molar lebih kecil dari pada cairan. Ini berarti padatan lebih rapat daripada cairan. Suatu senyawa tidak mengikuti kecenderungan ini, sebagai contohyaitu air, yang mana padatan air kurang rapat sehingga air dalam bentuk padatmalah mengapung. Konsep kesetimbangan uap padat kemungkinan menjadi halbaru bagi mahasiswa.

14/09/2011

20

39

Soal: Jelaskan diagram P-V berikut ini!

39

40

KeKey Terms to Describe the Py Terms to Describe the P--T Phase DiagramT Phase Diagram

40

Diagram fase Penjelasan

Vaporization :Vaporization : Proses dimana cairan berubah menjadi fase uap. Proses ini jugadisebut pendidihan. Proses sebaliknya disebut kondensasi, dimanaterjadi perubahan dari fase uap ke cair.

Melting :Melting : Proses dimana fase padat berubah menjadi cair. Proses sebaliknyadisebut pembekuan atau fusi.

Sublimation :Sublimation : Proses dimana padatan menguap secara langsung tanpa melaluipencairan terlebih dahulu. Proses sebaliknya disebut desublimasi.

Critical Point :Critical Point : Titik dimana kurva cair jenuh dan kurva uap jenuh bertemu. Padatitik kritis ini, fase cair jenuh sama dengan fase uap jenuh.

Triple Point :Triple Point : Titik dimana fase padatan, cairan dan uap seluruhnya ada dalamkesetimbangan. Seluruh dari tiga proses ini dapat terjadi. Untuksetiap proses pada kesetimbangan, maka kecepatan searah samadengan kecepatan sebaliknya.

14/09/2011

21

4141

Key Terms to Describe the P-T Phase Diagram

Istilah-istilah kunci diatas dapat digunakan untuk memahami diagram fase P-T.

Pada triple point, cair jenuh dan uap jenuh berada dalam keadaankesetimbangan dengan fase padat.

Karena ketiga fase berada dalam keadaan kesetimbangan, maka ketiga proses evaporasi-kondensasi (evaporation-condensation), pencairan-pembekuan (melting-freezing) dan sublimasi-desublimasi (sublimation-desublimation/deposition) tersebut

diatas terjadi secara simultan.

Kesetimbangan berarti bahwa tiga proses-proses sebaliknya juga terjadi dankecepatan dari proses searah tepat sama dengan kecepatan proses-prosessebaliknya. Evaporasi dan kondensasi terjadi pada kecepatan yang sama. Pelelehan dan pembekuan terjadi pada kecepatan yang sama. Sublimasi dan de-sublimasi juga terjadi pada kecepatan yang sama.

Perhatikan seluruh gagasan ini diterjemahkan kedalam diagram fase padahalaman berikut.

42

14/09/2011

22

43

PP--T Diagram for a Substance That Expands on FreezingT Diagram for a Substance That Expands on Freezing

43

SENYAWA YANG terekspansi saat membeku Sekarang pertimbangkan suatu

titik pada kurva fusi yangterletak diantara daerah padatdan daerah cair.

Jika tekanan dinaikkan padacampuran es-air sementaratemperatur dijaga konstan, apayang terjadi? Keadaan sistem yang bergerak

dari arah kurva fusi danmasuk ke daerah cairan. Halitu dapat dikatakan esmeleleh.

Oleh karena itu, air mempunyaidensitas lebih besar dari pada esyang ada dalam keadaankesetimbangan. Es mengapungdan kurva fusi pada diagram P-Tuntuk air mempunyai slopenegatif.

4444

P-T Diagram for a Substance That Expands on Freezing

Ada 2 materi yang berbeda, dimana yang satu terekspansi saat membekusedangkan yang lain kontraksi saat membeku.

Saat ekspansi, fase padat mempunyai volume molar lebih besar dari padacairan yang berada dalam keadaan kesetimbangan.

Diagram fase P-T mewakili materi yang terekspansi saat membeku seperti air.

Pertimbangkan bahwa 3 kurva merah (kurva evaporasi ; kurva pelelehan ;kurva sublimasi) mewakili alur sepanjang 2 fase yang ada dalam keadaankesetimbangan masing-masing cair-uap ; padat-cair ; padat-uap.

Triple point merupakan titik yang mana ke 3 kurva kesetimbangan salingbertemu. Seluruh dari 3 fase ada dalam keadaan kesetimbangan.

14/09/2011

23

4545

P-T Diagram for a Substance That Expands on Freezing

Pertama, pertimbangkan point pada kurva VLE_Vapor liquid Equilibrium(kesetimbangan uap-cair) diantara titik kritis dan triple point.

Apa yang terjadi jika tekanan dinaikkan pada campuran cair jenuh dan uapjenuh sementara menjaga temperatur konstan ? Uap jenuh terkondesasi menjadi cair jenuh dan kemudian menjadi

cair_dingin (subcooled liquid). Sehingga daerah yang diberi tanda “Liquid”pada diagram ini secara aktual mewakili daerah subcooled liquid.

Pada diagram ini, mudah dilihat mengapa subcooled liquids kadang-kadangdisebut compressed liquids. Compresses liquids merupakan cairan yang adapada tekanan diatas tekanan uapnya pada temperatur yang ada.

46

Apa yang terjadi pada volume sistem sebagaimana tekanan dinaikkan dantemperatur tetap konstan? Volume dan volume molar keduanya turun. Volume molar yang lebih kecil

sesuai dengan densitas yang lebih besar.

subcooled liquid

P

T

14/09/2011

24

4747

Kurva kesetimbangan ke 3 yaitu kurva sublimasi yang mewakili koleksitemperatur dan tekanan pada uap dan padatan yang ada dalam keadaankesetimbangan.

Apa yang terjadi diluar titik kritis pada diagram ini, dan juga 2 diagramsebelumnya.

Pertimbangkan suatu proses yang mulai dengan cair jenuh, kemudianmengalami 4 langkah berikut:

1. Tekanan dinaikkan diatas tekanan kritis .... Keadaanbergerak lurus keatas.

2. Temperatur kemudian dinaikkan diatas temperaturkritis... Keadaan bergerak secara horizontal ke arahkanan. Fluida tidak lagi cair, tetapi fluida superkritis.

3. Tekanan sekarang dikurangi kembali ke temperaturjenuh.... Keadaan bergerak lurus kebawah dan sekarangmenajdi uap lewat jenuh.

4. Pada akhirnya temperatur dikurangi kembali ketemperatur jenuh... Keadaan bergeark secara horizontalke kiri. Uap sekali lagi menjadi uap jenuh.

P

T

4848

Apa yang terjadi ? Jika fluida ditransformasikan dari cair jenuh menjadi uapjenuh tanpa melalui pendidihan!

Ingat bahwa penguapan dan kondensasi hanya terjadi sepanjang kurva merahyang menghubungkan triple point dan titik kritis.

Sekarang lihat pada diagram P-T berikut untuk kasus yang lebih umum yangmana senyawa terkontraksi selama pembekuan.

14/09/2011

25

49

PP--T Diagram for Substance That Contracts onT Diagram for Substance That Contracts onFreezingFreezing

49

Point kunci yaitu bahwa kurvapembekuan mempunyai slopepositif.

Jika tekanan dinaikkan padatemperatur konstan padacampuran cair-padat, makacairan akan membeku. Inimenunjukkan bahwa padatanlebih rapat dari pada cairan.

Senyawa dengan kurva fusiyang mempunyai slope positifjuga mempunyai padatan yanglebih rapat dari padacairannya pada T dan P yangsama.

SENYAWA YANG KONTRAKSI saat membeku

Berikut diagram fase: P-T untuk H2O T-V untuk H2O P-V untuk H2O P-T ; P-H dan H-S untuk CO2

T-konsentrasi dari campuran HCl - H2O P-T-Komposisi dari H2O – NaCl LogP-H untuk steam diagram Mollier Enthalpy (H)-entropy (S) untuk air dan uap air diagram Mollier Temperature (T) - Enthalpy (H) untuk air dan uap air diagram Mollier Pressure (P) - Enthalpy (H) untuk refrigerant R410A diagram Mollier Pressure (P) - Enthalpy (H) untuk refrigerant R410A

HFC32/125 dan komposisi 50/50 wt% diagram Mollier Pressure (P) - Enthalpy (H) untuk refrigerant R22 diagram Mollier Pressure (P) - Enthalpy (H) untuk refrigerant R407C

HFC32/125/134a dan komposisi 23/25/52 wt%50

14/09/2011

26

Diagram fase P-T untuk H2O

51 http://www.aerospaceweb.org/question/astronomy/q0230.shtml

52

Diagram fase P-Ṽ untuk H2O

PC= 22 MPa TC= 374 oC

http://www.ohio.edu/mechanical/thermo/Intro/Chapt.1_6/Chapter2a.html

14/09/2011

27

53

Diagram fase T-Ṽ untuk H2O

P=100kPa


2 3 4 51

2

3 4

5

1

Diagram fase T-Ṽ untuk H2O

54

2 3 4

5

1

P=100kPa


14/09/2011

28

55

Lesson Summary 2BLesson Summary 2B

55

Chapter 2, Lesson B - P-V-T : Phases and Phase Diagrams Mengenal 2 variabel intensif yang penting dan mendifinisikan 2 dari 3 diagram

fase untuk senyawa murni: diagram T-V, diagram P-V dan diagram P-T. Menjelaskan sifat dari cair dingin (subcooled) dan cair jenuh serta uap jenuh dan uap lewat

jenuh dengan menggunakan 3 tipe diagram.

Menjelaskan T dan P jenuh, dan secara detail dipelajari pada lesson 2D.

Mempelajari pertemaun kurva uap jenuh dan kurva cair jenuh pada titik kritisuntuk membentuk diagram 2 fase pada T-V dan P-V.

Mendifinisikan fluida superkritis dan mendiskusikan kesetimbangan padat-cair dankesetimbangan padat-uap yang direpresentasikan pada diagram P-V.

Diagram P-T terlihat cukup berbeda dari 2 diagram fase yang lain. Pada diagramini diperkenalkan gagasan sublimasi-desublimasi, melting-fusion, vaporization-condensation dan sifat dinamik dari kesetimbangan fase.

Mendiskripsikan triple point dan senyawa yang berkontraksi pada fusi dengansenyawa yang terekspansi pada fusi. Air merupakan contoh senyawa yangterekspansi saat membeku.

Pada pelajaran berikut, akan dipelajari bagaimana mencapai data P-V-T dari tabel.

Chapter 2, Lesson B - P-V-T : Phases and Phase Diagrams Mengenal 2 variabel intensif yang penting dan mendifinisikan 2 dari 3 diagram

fase untuk senyawa murni: diagram T-V, diagram P-V dan diagram P-T. Menjelaskan sifat dari cair dingin (subcooled) dan cair jenuh serta uap jenuh dan uap lewat

jenuh dengan menggunakan 3 tipe diagram.

Menjelaskan T dan P jenuh, dan secara detail dipelajari pada lesson 2D.

Mempelajari pertemaun kurva uap jenuh dan kurva cair jenuh pada titik kritisuntuk membentuk diagram 2 fase pada T-V dan P-V.

Mendifinisikan fluida superkritis dan mendiskusikan kesetimbangan padat-cair dankesetimbangan padat-uap yang direpresentasikan pada diagram P-V.

Diagram P-T terlihat cukup berbeda dari 2 diagram fase yang lain. Pada diagramini diperkenalkan gagasan sublimasi-desublimasi, melting-fusion, vaporization-condensation dan sifat dinamik dari kesetimbangan fase.

Mendiskripsikan triple point dan senyawa yang berkontraksi pada fusi dengansenyawa yang terekspansi pada fusi. Air merupakan contoh senyawa yangterekspansi saat membeku.

Pada pelajaran berikut, akan dipelajari bagaimana mencapai data P-V-T dari tabel.

56

How to Obtain Data From TablesHow to Obtain Data From TablesHow to Obtain Data From TablesHow to Obtain Data From Tables

56

Pada pelajaran sebelumnya, didiskusikan hubungan anatar P, T dan Vserta memahami sifat fase dan perubahan-perubahan fase denganmempelajari diagram fase.

Pada bab berikut P, T, V dan sifat-sifat yang lain ditentukan dari tabeldata termodinamika.

Tabel termodinamika tipikal, yaitu Tabel Temperatur Jenuh (saturated T) Tabel Tekanan Jenuh (saturated P) Tabel Cair dingin (Sub_cooled Liquid) Tabel Uap Lewat Jenuh (Superheated Vapor)

Contoh tabel termodinamik yaitu: Steam Table

Saturated steam (Ref 1 hal 999)

Refrigerant (Ammonia)

14/09/2011

29

5757

How to Obtain Data From Tables Pada pelajaran sebelumnya telah diperkenalkan konsep diagram fase. Diagram fase merupakan representasi grafis dari hubungan diantara P, V dan T. Diagram fase dapat membantu memahami dan memvisualisasi fase dan

perubahan fase, sekalipun tidak mudah untuk mencapai nilai numerik darinya.Secara konsekuensi data termodinamik telah disusun dalam bentuk tabulasi.

Tabel tersebut sangat besar dan menghabiskan banyak halaman. Perlu mempelajari bagaimana mencapai nilai dari tabel termodinamik secara

cepat dan akurat. Contoh tabel termodinamik berikut, yaitu: sifat-sifat cair jenuh dan uap jenuh air pada Perbedaan skala 1 oC (Referensi Smith VanNess) Perbedaan skala 3 oC (Referensi Geankoplish untuk SI Unit & English Unit)

informasi yang sama dievaluasi pada nilai temperatur, dan yang laindievaluasi pada nilai tekanan. (Referensi learnthermo.com)

On_line calculation Menggunakan persamaan interpolasi dan double interpolasi untuk mencapai

data termodinamik yang tidak tersedia di tabel.

58

Temperature and Pressure Saturation TablesTemperature and Pressure Saturation Tables

58

Tabel T jenuh dan P jenuh dapat disusun dalam 2 cara yang berbeda: Saturation Temperature TableSaturation Temperature Table Tabel ditetapkan pada interval T dan bermanfaat saat T diketahui.

Saturation Pressure TableSaturation Pressure Table Tabel ditetapkan pada interval P dan bermanfaat saat P diketahui.

14/09/2011

30

SteamSteam TableTable_sifat_sifat--sifat uap jenuh (sifat uap jenuh (Saturated steamSaturated steam))

59

Smith VanNess hal 666

60

Steam Table_Steam Table_sifatsifat--sifat uap jenuh (sifat uap jenuh (Saturated steamSaturated steam))

60 Ref. 3

Geankoplish Appendix A.2-9 hal 857

14/09/2011

31

Steam Table_Steam Table_sifatsifat--sifat uap lewat jenuh (English Unit)sifat uap lewat jenuh (English Unit)

61

Smith VanNess hal 672

Saturated liquid

Saturated vapor

Pressure (20 kPa)Temperature (333.24oK)/ (60.09oC)

V = specific volume cm3/gU = specific internal energy kJ.kgH = specific enthalpy kJ.kgS = specific entropy kJ/(kg.oK)

62

Steam Table_Steam Table_sifatsifat--sifat uap lewat jenuh (SI Unit)sifat uap lewat jenuh (SI Unit)

62 Ref. 3


14/09/2011

32

63

Steam TableSteam Table_sifat_sifat--sifat uap lewat jenuh (English Unit)sifat uap lewat jenuh (English Unit)

63 Ref. 3


64

Obtaining Data From aObtaining Data From a TTsatsat TableTable

64

Jika sistem berada pada temperaturjenuh 50oC, maka berapa tekanansistem tersebut?Langkah pertama yaitu menemukantemperatur 50oC pada kolomtemperatur jenuh (saturationtemperature) pada tabel disebelah ini.

Pada temperatur tersebut, dapatditentukan tekanan jenuhnya yaitu0.012353 MPa atau 12.353 kPa.Jika kualitas 100% berarti pada posisiuap jenuh, maka volume spesifik(specific volume) sebesar 12.027m3/kg.Jika kualitas 0%, berarti pada posisicair jenuh, maka specific volumesebesar 0.0010121 m3/kg

14/09/2011

33

65

Obtaining Data From aObtaining Data From a TTsatsat TableTable

65

Untuk mencapai data dari tabeltemperatur jenuh (Tsat), jika sistem airjenuh berada pada tekanan jenuh 0.01Mpa, maka berapa temperatur sistemtersebut?

Langkah pertama yaitu menetapkantekanan 0.01 MPa pada kolom tekananjenuh, dimana tekanan 0.01 MPaberada diantara 45oC dan 50oC.

Dari tabel tersebut tidak tersedia datalangsung untuk tekanan 0.01 Mpa,sehingga untuk mencapaitemperaturnya maka perlu dilakukaninterpolasiinterpolasi dari tabel tekanan tersebut.

66

Obtaining Data From aObtaining Data From a PPsatsat TableTable

66

Untuk mencapai data daritabel tekanan jenuh (Psat), jikasistem air jenuh berada pada0.01 Mpa, berapa temperatursistem tersebut? Langkah pertama yaitumenetapkan 0.01 MPa padakolom tekanan jenuh di tabelsebelah kanan. Dari tabel tersebut dapatditentukan secara langsungberapa temperatur jenuhnya,yaitu 45.806oC.

Jika kualitas 100%, maka specific volume sebesar 14.67 m3/kg.Jika kualitas 0%, maka specific volume sebesar 0.0010103 m3/kg.

14/09/2011

34

67

How to Determine Values That Are Not On theHow to Determine Values That Are Not On theTableTable

67

Berapa P jenuh air pada T jenuh = 33oC?

T jenuh yang tersedia dalam tabel yaitudata pada T = 30oC dan 35oC, makauntuk mencapai 33oC perlu interpolasidari 2 data yang tersedia.

Interpolationis the process of estimating values ofvariables that lie between data points suchas those listed in this table.

68

How to Perform a Linear InterpolationHow to Perform a Linear Interpolation

68

y yaitu variabel yang tergantung ((dependent variabledependent variable)), mewakili Psat.x yaitu variabel tdk tergantung ((independent variableindependent variable)), mewakili, Tsat.

Point 1 (x1, y1)Point 1 (x1, y1) dan Point 2 (x2, y2)Point 2 (x2, y2)mewakili data yang diketahui dari tabel.

y?y? yaitu nilai yang dikenal sebagai dependentvariable yang harus terletak diantara y1 and y2.

x?x? yaitu nilai yang dikenal sebagai independentvariable yang berada diantara x1 dan x2.

x y

x1 y1

x? (known) y? (unknown)

x2 y2 Tsat = x?

Psat. =y?

14/09/2011

35

69

Determining the Value of the UnknownDetermining the Value of the Unknown

69

y = mx + by = mx + b

Anggap hubungan diantara x dan y sebagaifungsi linier: y = m x + bDimana:

m yaitu slope danb yaitu y-intercept.

Dianggap seluruh dari ketiga titik terletakpada satu garis (linier)

Oleh karena itu :(1) y1 = m x1 + b -------> (1)(2) y? = m x? + b -------> (2)(3) y2 = m x2 + b -------> (3)

Ketiga persamaan tersebut diatas mudahdiselesaikan karena, ada 3 persamaan dan 3bilangan yang tidak diketahui.

x?

y?

70

Dermining the Interpolation EquationDermining the Interpolation Equation

70

Tentukan slope, m, dan intercept, b, dari persamaan (1) dan (3):

(1) y1 = m.x1 + b(3) y2 = m.x2 + b _

y2y2 –– y1 = m (x2y1 = m (x2--x1)x1)

Substitusi m ke persamaan (1)

Selesaikan

y = mx + by = mx + b

x?

y?

Selesaikan

14/09/2011

36

71

Using the Interpolation EquationUsing the Interpolation Equation

71

Now we can answer the question:

What is the saturation pressure ofwater at 33oC?

Substituting the values into theinterpolation equation, we get:Psat = 0.005076 MPa

x y

30 0.004247

3333 y?y?

35 0.005629

72

Example #1Example #1

72

Tentukan Specific Volume dari campuran (uap-cair) jenuh untukkondisi berikut: a.) Water at 200°C and 80% quality b.) Freon 12 at -60°C and 90% quality c.) Ammonia at 500 kPa and 85% quality

14/09/2011

37

a.) Water at 200°C and 80% quality

73

V = specific volume cm3/g = 10-3 m3/kgU = specific internal energy kJ.kgH = specific enthalpy kJ.kgS = specific entropy kJ/(kg.oK)

Vsaturated liquid = 1.156 cm3/g x = 0Vsaturated vapor= 127.2 cm3/g x = 1 x = 0.8 berapa v?

x = 0.8 v=?v = (1-x) Vsaturated liquid + x Vsaturated vaporv = (1-0.8) (1.156) + 0.8 (127.2)

= 101.76 cm3/g

Tabel uap jenuh HTabel uap jenuh H22OO

74

b.) Freon 12 at -60°C and 90% quality

74

Data Sifat Fisis Freon 12_Dichlorodifluoromethane (CF2Cl2) Freon Molecular weight : 120.93 g/mol Freon Liquid Density (1.013 bar at boiling point) : 1486 kg/m3 (250 K : 1468 kg/m3) (300 K : 1304

kg/m3) Freon Liquid Specific Heat Capacity (cp) (250 K : 0.902 kJ/kg.K) (300 K : 0.980 kJ/kg.K) Freon Liquid/gas equivalent (1.013 bar and 15oC (59oF)) : 292 vol/vol Freon Liquid Dynamic Viscosity (250K : 336 106 Ns/m2) (300K : 213 106 Ns/m2) Freon Liquid Thermal Conductivity (250 K : 86.8 106 kW/m.K) (300 K : 68.6 106 kW/m.K) Freon Boiling point (1.013 bar) : -29.8oC Freon Latent heat of vaporization (1.013 bar at boiling point) : 166.95 kJ/kg Freon Critical point - Critical temperature : 112oC - Critical pressure : 41.15 bar Freon Gas Density (1.013 bar at boiling point) : 6.25 kg/m3

Freon Gas Density (1.013 bar and 15oC (59oF)) : 5.11 kg/m3

Freon Gas Compressibility Factor (Z) (the ratio of the actual volume of the gas to the volumedetermined according to the perfect gas law) (1.013 bar and 15oC (59oF)) : 0.995

Freon Gas Specific Gravity (air = 1) (1.013 bar and 21oC (70oF)) : 4.2 Freon Gas Specific volume (1.013 bar and 21oC (70oF)) : 0.195 m3/kg Freon Gas Specific Heat Capacity at constant pressure (cp) (1.013 bar and 15oC (59oF)) : 0.074

kJ/(mol.K) Freon Gas Specific Heat Capacity at constant volume (cv) (1.013 bar and 15oC (59oF)) : 0.065 kJ/(mol.K) Freon Gas Ratio of Specific Heats (Gamma: cp/cv) (1.013 bar and 15oC (59oF)) : 1.138889 Freon Gas Dynamic Viscosity (1.013 bar and 0oC (32oF)) : 0.0001168 Poise Freon Gas Thermal conductivity (1.013 bar and 0oC (32oF)) : 9.46 mW/(m.K)

http://www.engineeringtoolbox.com/freon-d_972.html

14/09/2011

38

75

Tabel sifat fisisTabel sifat fisis Freon 12Freon 12

http://www.engineeringtoolbox.com/freon-d_972.html

Tabel sifat fisisTabel sifat fisis Freon 12Freon 12

76 http://www.engineeringtoolbox.com/freon-d_972.html

14/09/2011

39

77

http://www.docstoc.com/docs/16751186/Pressure-enthalpy-diagram-for-Freon-12

PP--H Diagram faseH Diagram faseFreon 12Freon 12

Abs

Pre

ssur

e M

N/m

2

Specific Enthalpy kJ/kg

0 oC

- 50 oC

0 oC- 50 oC

Critical Pressure,4.14 Mpa =4.14 MN/m2

Mpa=megapascal=Mega Newton/meter2

78

14/09/2011

40

79

- 60oC

Abs

Pre

ssur

e M

N/m

2

Specific Enthalpy kJ/kg

80

c.) Ammonia at 500 kPa and 85% quality

80

http://www.ntu.edu.sg/home/msclow/MP2010.htmlTables : yang tersedia di ReferensiAmmonia - Saturated and Super Heated TablesMethane - Saturated and Super Heated TablesAir properties - Enthalpy and Internal EnergyCv and Cp of airCv and Cp of other gases

14/09/2011

41

81

Obtaining Data from the SubObtaining Data from the Sub__cooled Liquidcooled LiquidTablesTables

81

Tables of properties of sub_cooled liquids (also known as compressed liquids)are known as the Sub_cooled Tables

There are more than one sub_cooled table for a given substance.Each table contains the thermodynamic properties of the substance a givenpressure.

The first column in a sub_cooled table is the temperature and each row in thetable lists the values of the thermodynamic properties of the substance at thattemperature.

P = constant

Normally, there would be columns for additional properties

82

Obtaining Data from the SubObtaining Data from the Sub__cooled Liquid Tablescooled Liquid Tables

82

In this lesson, we will once again focus on propertiesthat you already understand: P, T and Ṽ

AtAt constantconstant pressurepressure

14/09/2011

42

83

Determining the Specific Volume of SubDetermining the Specific Volume of Sub__cooledcooledWaterWater

83

Consider a system in which sub_cooledwater exists at 5at 5 MPaMPa and 200200ooCC.What is the specific volume of the system?

The first step is to find a sub_cooled water tableat 5 MPa.Then you can find the temperature of interest, T= 200oC.

The corresponding specific volume is0.0011531 m3/kg.

P = 5 MPaP = 5 MPa

84

P's At Which We Do Not Have aP's At Which We Do Not Have a SubcooledSubcooled TableTable

84

P = 5 MPaP = 5 MPa P = 7.5 MPaP = 7.5 MPa

What is the specific volume of water at 66 MPaMPa and 200200ooCC?

We have learned how tointerpolate between twoentries on the same table.But here we need tointerpolate between twointerpolate between twotables.tables.

x y

5 0.0011531

66 y?y?

7.5 0.0011506

ṼṼ = 0.0011521 m= 0.0011521 m33/kg/kg

14/09/2011

43

85

Obtaining Data from Superheated TablesObtaining Data from Superheated Tables

85

Superheated vapors: yaitu uap-uap yang berada pada temperatur diatas Tsat.

Data termodinamik untuk uap lewat jenuh (superheated vapors) disusun padatabel superheated.

Setiap tabel superheated dikaitkan dengan tekanan konstan yang diberikan danmenunjukkan sifat-sifat yang dievaluasi pada berbagai temperatur diatas nilai Tsat.

Pada saturation table ada sifat-sifat untuk cair jenuh (saturated liquid) maupunuap jenuh (saturated vapor). Tetapi, tabel lewat jenuh (superheated table) hanyamengandung sifat-sifat untuk uap lewat jenuh (superheated vapor).

Ada kolom sifat-sifat yang ditambahkanseperti Û (energi dalam_internal energy)dan Ȟ (entalpi).

86

Determining the Specific Volume of Superheated WaterDetermining the Specific Volume of Superheated Water

86

Consider a system in which superheatedwater exists at water exists at 0.01 MPa and600oC.What is the specific volume of the system?

The first step is to find a superheated watertable at 0.010.01 MPaMPa.Then you can find the temperature ofinterest, T = 600T = 600ooCC.

The corresponding specific volume is40.296 m3/kg

P = 0.01 MPaP = 0.01 MPa

14/09/2011

44

87

The Basics of Double InterpolationThe Basics of Double Interpolation

87

P = 0.01 MPaP = 0.01 MPaP = 0.05 MPaP = 0.05 MPa

What is the specific volume ofwater at 0.020.02 MPaMPa and 625625ooCC ?

But 625oC is not on either ofthe tables

We know the values at:(0.01 MPa, 600oC)(0.01 MPa, 650oC)(0.05 MPa, 600oC)(0.05 MPa, 650oC)

We need to do a doublea doubleinterpolation betweeninterpolation betweenthe two tablesthe two tables

88

Performing a Double Linear InterpolationPerforming a Double Linear Interpolation

88

T (T (ooC)C)

P (MPa)P (MPa)

We know the values at:(0.01 MPa, 600oC) (0.01 MPa, 650oC) (0.05 MPa, 600oC) (0.05 MPa, 650oC)

When we perform the double interpolation we obtain:: ṼṼ = 33.159 m= 33.159 m33/kg/kg

Notice that when doing a double interpolationa double interpolation we actually do three interpolationsdo three interpolations.Notice also that there is more than one order of interpolation

14/09/2011

45

89

Online Calculation_Steam TablesOnline Calculation_Steam TablesOnline Calculation_Steam TablesOnline Calculation_Steam Tables

89 http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-tables.asp

90

Sub Saturated Water Region - Steam Table


14/09/2011

46

9191

http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-tables.asp

Sub Saturated Water Region - Steam Table

http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-tables.asp


14/09/2011

47

93

Saturated Water Line - Steam Table


94

Saturated Water Region - Steam Table


14/09/2011

48

95

Steam Tables Online

95 http://www.steamtablesonline.com/

ThermodynamicCalculators Online

CO2 Tables Calculator -properties of carbondioxideNH3 Tables Calculator -properties of ammoniaPsychrometricCalculator - propertiesof moist air

9696 http://www.steamtablesonline.com/

14/09/2011

49

97

Lesson Summary 2CLesson Summary 2C

97

Chapter 2, Lesson C - Obtaining Data From Tables Mempelajari dan menguasai sifat-sifat termodinamik dari tabel dan dari online

calculation, sedangkan pada lesson berikutnya akan mempelajari penerapansifat-sifat lain seperti energi dalam_internal energy dan enthalpy.

Mempelajari dan menguasai tabel termodinamik yang memuat satu sessi untuk saturated vapor dan saturated liquid, satu sessi untuk superheated vapor dan satu sessi untuk sub_cooled liquid. Setiap sessi memuat data bentuk tabel termasuk Ṽ, Û, dan sifat-sifat yang lain. Tabel jenuh dibagi menjadi 2 sub_sessi: the Saturation Temperature Table dan the Saturation Pressure Table.

Mampu menggunakan Saturation Temperature Table saat mengetahuitemperatur jenuh dan menggunakan Saturation Pressure Table saatmengetahui tekanan jenuh.

Chapter 2, Lesson C - Obtaining Data From Tables Mempelajari dan menguasai sifat-sifat termodinamik dari tabel dan dari online

calculation, sedangkan pada lesson berikutnya akan mempelajari penerapansifat-sifat lain seperti energi dalam_internal energy dan enthalpy.

Mempelajari dan menguasai tabel termodinamik yang memuat satu sessi untuk saturated vapor dan saturated liquid, satu sessi untuk superheated vapor dan satu sessi untuk sub_cooled liquid. Setiap sessi memuat data bentuk tabel termasuk Ṽ, Û, dan sifat-sifat yang lain. Tabel jenuh dibagi menjadi 2 sub_sessi: the Saturation Temperature Table dan the Saturation Pressure Table.

Mampu menggunakan Saturation Temperature Table saat mengetahuitemperatur jenuh dan menggunakan Saturation Pressure Table saatmengetahui tekanan jenuh.

98

Lesson Summary 2CLesson Summary 2C

98

Chapter 2, Lesson C - Obtaining Data From Tables Mampu memperoleh data termodinamik dengan menghitung secara on_line.

Menetapkan nilai sifat-sifat zat dengan cara interpolasi linier danmendemonstrasikan contoh-contoh perhitungan sifat-sifat campuran padatekanan atau temperatur jenuh.

Menetapkan nilai sifat-sifat zat dengan double interpolation untuk mencapaidata dari tabel Sub_cooled Liquid Tables dan Superheated Vapor Tables.

Chapter 2, Lesson C - Obtaining Data From Tables Mampu memperoleh data termodinamik dengan menghitung secara on_line.

Menetapkan nilai sifat-sifat zat dengan cara interpolasi linier danmendemonstrasikan contoh-contoh perhitungan sifat-sifat campuran padatekanan atau temperatur jenuh.

Menetapkan nilai sifat-sifat zat dengan double interpolation untuk mencapaidata dari tabel Sub_cooled Liquid Tables dan Superheated Vapor Tables.

14/09/2011

50

99

VaporVapor--Liquid Equilibrium of a Pure SubstanceLiquid Equilibrium of a Pure Substance

99

Measures Total Pressure,Ptotal

Measures Vapor PhaseMole Fraction, yi = 1

Gas PhaseGas Phase

Liquid PhaseLiquid Phase

VLE_vapor liquid equilibrium(Kesetimbangan uap-cair)

100100

Vapor-Liquid Equilibrium of a Pure Substance

Pada lesson ini akan dipelajari VLE_vapor liquid equilibrium (kesetimbangan uap-cair) lebih ditail dan mendifinisikan variabel baru serta memformulasikan suatupersamaan yang akan membantu untuk mendiskripsikan cara, dimana T dan Pberinteraksi saat uap dan cairan berada pada kesetimbangan.

Pertimbangan vessel pada halaman sebelumnya yang berisi air dalam keadaankesetimbangan dengan uapnya tanpa ada udara.

Apa yang dimaksud dengan kesetimbangan? Molekul-molekul air bergerak bolak balik diantara fase uap dan cairan.

Molekul-molekul tersebut menguap dan mengkondensasi pada kesecapan yang sama.

Kesetimbangan juga mengandung arti bahwa kedua fase berada pada tekanan danjuga temperatur yang sama.

Mendifinisikan variabel baru yang penting yaitu: tekanan partial (partialpressure).

Berikut akan mempelajari bagaimana tekanan parsial bekerja dan bagaimana inidapat diinterpretasikan pada sistem yang berisi air murni.

14/09/2011

51

101

Partial Pressure & Vapor PressurePartial Pressure & Vapor Pressure

101

PartialPressure (Pi )

The FRACTION of the total pressure in a gas phase due to thepresence of one particular substance

PadaPada campurancampuransuatu GASsuatu GASIDEALIDEAL ::

Ptotal V = ntotal R TPi V = ni R T

Pi = (yi) (Ptotal)

Dimana :

Pi = tekanan parsial dari species i

ni = mol fase uap dari species i

yi= fraksi mol fase uap dari species i

Ptot al = tekanan total sistem

Jika sistem memuat senyawa murni pada kesetimbangan, tekananuap dari species i, yaitu P*(Tsat), sama dengan tekanan total dan olehkarena itu : PPii = P= Ptotaltotal = P*= P*

(PPii ..yi)= P= Ptotaltotal

102102

Partial Pressure & Vapor Pressure

Tekanan parsial suatu spesies pada fase GAS yaitu FRAKSI dari tekanan total.

Simbol untuk tekanan parsial yaitu P dengan subscript. Subscript generik yaitu“i.”

GAS IDEAL mempunyai formula PV=nRT.

Untuk spesies i, maka formula menjadi Pi V = ni R T.

ni /ntotal merupakan fraksi spesies i. Pada fase gas yi merupakan fraksi mol darispesies i.

Pada siste, air murni, tekanan parsial air = tekanan total. Fraksi mol air padafase uap yaitu 1, dan ini menunjukkan tidak ada udara. Jika ada udara, fraksimol air pada fase gas menjadi kurang dari satu.

Jika ada senyawa murni pada kesetimbangan VLE, berapa temperatur sistemini? Ini harus menjadi temperatur jenuh yang sesuai dengan tekanan sistem.

Pada senyawa murni pada keadaan VLE, maka tekanan total = tekanan uap.Ptotal = P*(Tsat).

Apa yang terjadi jika ada sedikit udara didalam sistem tersebut?

14/09/2011

52

103

VLE for a Single Condensable SpeciesVLE for a Single Condensable Species

103

NonNon--Condensable species j,Condensable species j,(Warna merah)(Warna merah)

Condensable species i ,Condensable species i ,(Warna biru)(Warna biru)

MeasuresTotal Pressure,

Ptotal

MeasuresVapor Phase

Mole Fraction, yi

MeasuresTemperature, T

104

VLE Equations for a Single Condensable SpeciesVLE Equations for a Single Condensable Species

104

Recall, from page 2, the equation that defines the partialpressure and apply it to each species in the gas phase.

CampuranCampuranGas IdealGas Ideal::

Ptotal V = ntotal R T

Pi V = ni R T

Pi = (yi) (Ptotal)

Dimana :Pi = tekanan parsial dari species ini = fraksi mol fase uap dari species iPtotal = tekanan total pada sistem

22 species,species,Cairan danCairan dannonnon--condensablecondensablegasgas

Pi = (yi) (Ptotal) ; Pi & Pj = tekanan parsial dari species i &jPj = (yj) (Ptotal) ;yi & yj = fraksi mol fase uap dari species i (condensable) & j (noncondensable)yi + yj = 1

Pi + Pj = Ptotal

14/09/2011

53

105

The VaporThe Vapor--Liquid Interface at EquilibriumLiquid Interface at Equilibrium

105

PartialPartialPressurePressure

PPii

VaporVapor -- LiquidLiquidInterfaceInterface

VaporVaporPressurePressure

P*P*

GasGasPhasePhase

LiquidLiquidPhasePhase

Pada interface diantara uap dan cairan, molekul-molekul dari spesies yang dapatterkondensasi (condensable species) melompat secara konstan dan seterusnyadiantara 2 fase.Tekanan uap dapat diinterpretasikan sebagai tekanan yang diberikan pada fasegas oleh molekul-molekul didalam fase cair dalam usahanya untuk berpindah darifase cair ke fase gas.

106

Saturation and HumiditySaturation and Humidity

106

HumiditHumidityySaturationSaturation

Berlaku untuk sistem udara-airBerlaku untuk sistem gas-uap apapun

Relative Humidity, (hr)or Relative Saturation, (Sr)

Absolute Humidity, (ha)or Absolute Saturation, (Sa)

MWMWii is the molecular weight of the condensablecondensable speciesMMWWjj is the molecular weight of the nonnon--condensablecondensablespecies

(Hanya untuk fase GAS IDEAL)(Hanya untuk fase GAS IDEAL)

VL interface

Air Water vapor

Liquid water

14/09/2011

54

107

Psychrometric Chart

107 http://www.truetex.com/psychrometric_chart.htmdry-bulb temperature, oF

Lb w

ater

/ lb

dry

air

108108 http://sp.uconn.edu/~mdarre/NE-127/NewFiles/psychrometric_inset.html

14/09/2011

55

109109 http://sp.uconn.edu/~mdarre/NE-127/NewFiles/psychrometric_inset.html

110

Psychometric Chart

110

Psychometric chart Grafik dari parameter termodinamis dari udara yang mengandung

air pada tekanan konstan, sering disamakan dengan ketinggianrelatif terhadap permukaan laut.

Dipelopori oleh Willis Carrier tahun 1904. Menggambarkan parameter-parameter dari persamaan keadaan. Dry-bulb temperature (DBT) yaitu temperatur sampel udara seperti yang

ditetapkan oleh termometer. Wet-bulb temperature (WBT) yaitu temperatur sampel udara setelah

melalui proses saturasi adiabatis, ideal dan tekanan konstan yang manaudara tersebut melewati permukaan air didalam saluran yang terisolasi.Slope dari garis WBT konstan merefleksikan panas penguapan air yangdiinginkan untuk menjenuhkan udara dari humiditas relatif (relativehumidity) yang diberikan.

Dew point temperature (DPT) yaitu temperatur dimana sampel udarayang mengandung air pada tekanan yang sama mencapai saturasi uap.

14/09/2011

56

111111

Relative humidity (RH) yaitu rasio fraksi mol uap air dengan fraksi moludara basah yang jenuh pada T dan P yang sama serta idak berdimensidan biasanya diekspresikan sebagai persentase.

Humidity ratio yaitu proporsi dari massa uap air tiap massa satuan dariudara kering pada kondisi yang diberikan (DBT, WBT, DPT, RH, dsb.).

Specific humidity yaitu proporsi massa uap air tiap satuan massa darisampel udara ( udara kering + uap air) dan ini dihubungkan denganrasio humiditas dan selalu lebih rendah nilainya.

Specific enthalpy mempunyai simbol h, merupakan internal (heat)energy dari udara basah termasuk panas udara dan panas uap airdidalamnya.

Specific volume yaitu volume campuran (udara kering + uap air) yangmemuat satu unit massa dari udara kering dan mempunyai satuanm3/kg udara kering atau ft3/lb udara kering

112112

Proses Diskripsi

Evaporation Apa yang terjadi pada interface cair-uap pada penguapan?Tekanan uap dari spesies yang dapat terkondensasi padatemperatur cairnya (P*H2O(Tliq)) yaitu lebih besar daripada tekanan spesies yang dapat terkondensasi pada fasegas (PH2O).Tekanan uap pada temperatur cairnya(P*H2O(Tliq)) yaitu kurang dari pada tekanan total (Ptotal ).

Ptotal >P*H2O(Tliq)> PH2O

Boiling Pendidihan ditunjukkan oleh pembentukan gelembung-gelembung yang kurang rapat dari pada cairannya.Sebagai contoh, saat padatan dipanaskan, gelembung uapterbentuk pada interface padat-cair.

Pendidihanterjadi saat:P*H2O(Tliq) Ptotal

Titik didih (Boiling Point) Tbp : temperatur terendahdimana cairan murni dapat mendidih pada tekanan yangdiberikan.

Normal Boiling Point Tnbp: temperatur terendah dimanacairan murni dapat mendidih pada tekanan 1 atm.

P*H2O(Tnbp)= 1 atm

Pendidihan dapat terjadi melalui pemanasan oleh radiasi sepertimicrowaves

VL interface

14/09/2011

57

113113

Evaporasi yaitu gerakan molekul-molekul dari fase cair menjadi fase gas yangterjadi pada interface uap-cair. Tidak ada gelembung-gelembung uap yangterbentuk.

Kapan evaporasi terjadi?

Saat cairan lebih kuat didorong untuk menjadi gas dari pada species yangterkondensasi didalam fase gas didorong untuk menjadi fase cair, maka aliranmolekul-molekul dari fase cair menjadi fase gas dapat terjadi.

Saat tekanan uap dari spesies yang terkondensasi pada temperatur cairannyalebih besar dari pada tekanan parsial dari spesies terkondensasi dalam fase gas,maka akan ada aliran molekul-molekul dari fase cair ke fase gas.

Kapan aliran molekul-molekul ini disebut menguap dan kapan disebutmendidih? Proses ini disebut menguap jika tekanan uap dari spesies yang terkondensasi

pada temperatur cairannya < (kurang) dari pada tekanan total atau Ptotal> P*H2O(Tliq) > PH2O

Pendidihan terjadi saat: P*H2O(Tliq) Ptotal

114

Lesson Summary 2DLesson Summary 2D

114

Chapter 2, Lesson D - Phase Equilibrium Mempelajari mekanisme yang mempengaruhi vapor liquid equilibrium (VLE), dan

mendiskripsikan persamaan-persamaan yang menghubungkan variabel-variabel VLE.

Variabel-variabel kunci dalam analisa VLE yaitu tekanan uap dari cairan murni, Pi*, dantekanan parsial dari spesies condensable pada fase gas, Pi. Tekanan parsial dari species i,Pi, merupakan fraksi dari tekanan total terhadap species i. Untuk gas-gas ideal, Pi samadengan fraksi mol dari species i pada fase gas, yi , dikalikan dengan tekanan totalnya.Fraksi mol merupakan fraksi dari molekul-molekul species i.

Untuk senyawa murni:

P = Pi = Pi*(T) .

Jika sistem ada spesies condensable tunggal, maka sistem air VLE sebagai contoh.

Diperkenalkan konsep saturasi untuk campuran gas dan mendifinisikan humiditasuntuk membantu menggambarkan sistem dengan single condensable species.

Menekankan perbedaan diantara absolute humidity (dimensionless) dan relativehumidity (kg condensable / kg non-condensable).

Menyimpulkan dan mendiskusikan perbedaan diantara evaporation dan boiling. JikaPi*(Tliq) >Pi, kemudian aliran molekul-molekul dari fase cair ke fase gas terjadi. Cairanmendidih jika Pi*(Tliq)≥ Ptotal, sebaliknya jika cairan menguap.

Chapter 2, Lesson D - Phase Equilibrium Mempelajari mekanisme yang mempengaruhi vapor liquid equilibrium (VLE), dan

mendiskripsikan persamaan-persamaan yang menghubungkan variabel-variabel VLE.

Variabel-variabel kunci dalam analisa VLE yaitu tekanan uap dari cairan murni, Pi*, dantekanan parsial dari spesies condensable pada fase gas, Pi. Tekanan parsial dari species i,Pi, merupakan fraksi dari tekanan total terhadap species i. Untuk gas-gas ideal, Pi samadengan fraksi mol dari species i pada fase gas, yi , dikalikan dengan tekanan totalnya.Fraksi mol merupakan fraksi dari molekul-molekul species i.

Untuk senyawa murni:

P = Pi = Pi*(T) .

Jika sistem ada spesies condensable tunggal, maka sistem air VLE sebagai contoh.

Diperkenalkan konsep saturasi untuk campuran gas dan mendifinisikan humiditasuntuk membantu menggambarkan sistem dengan single condensable species.

Menekankan perbedaan diantara absolute humidity (dimensionless) dan relativehumidity (kg condensable / kg non-condensable).

Menyimpulkan dan mendiskusikan perbedaan diantara evaporation dan boiling. JikaPi*(Tliq) >Pi, kemudian aliran molekul-molekul dari fase cair ke fase gas terjadi. Cairanmendidih jika Pi*(Tliq)≥ Ptotal, sebaliknya jika cairan menguap.

14/09/2011

58

115

What is an Equation of StateWhat is an Equation of State_EOS_EOS ??

115

PenjelasanEOS Merupakan persamaan yang menghubungkan P, T dan Ṽ (volume molar)

dari senyawa.Disebut persamaan keadaan gas ideal (Ideal Gas Equation of State), karenatidak selalu tepat menggambarkan hubungan diantara P, V and T.Pada pelajaran ini, akan didiskusikan Ideal Gas EOS dan graphical EOS yangdisebut Generalized Compressibilty Factor EOS.

The IdealGas EOS

P V = n R T P (V/n) = RT PṼ= RTDimana :P = tekanan absolut gasV = Volume gasn = jumlah mol dari gasT = temperatur absolut dari gasṼ = volume molar (V/n)Nilai R tergantung pada satuan P, T, and Ṽ)

R = Konstanta GasUniversal:

116

Applicability ofApplicability ofthe Ideal Gas EOSthe Ideal Gas EOS_Equation of State_Equation of State

116

The Ideal Gas EOS is a good approximation for gases atHigh temperatures ( usually above 0oC ) andLow pressures ( usually 1 atm or less )

Persamaan keadaangas ideal

Standard conditions

Merupakan pendekatan yang baik untuk gas-gas idealpada temperatur tinggi ( biasanya diatas 0oC ) dantekanan rendah (biasanya 1 atm atau kurang)

is a temperature of 0oC and pressure of 1 atmAn ideal gas at standard conditions has a molar volumeof 22.415 L/mole

Gas ideal pada kondisi standar, pada temperatur 0oCdan tekanan 1 atm mempunyai volume molar 22.415L/mole.

Experimen telah menunjukkan bahwa persamaan keadaan (EOS) gas idealmerupakan pendekatan perilaku PVT gas riil pada T tinggi dan P rendah.

14/09/2011

59

117

What %Error Can Be Tolerated in a PVTWhat %Error Can Be Tolerated in a PVTCalculation ?Calculation ?

117

Satu cara untuk memutuskan jika EOS gas ideal merupakan pendekatanyang baik dengan cara menetapkan kesalahan fraksional dari nilai yangdiestimasi, ε.

Dimana : Xideal = kuantitas yang ditentukan dengan menggunakan EOS gasideal.Xtrue = Nilai kuantitas yang sebenarnya= Persentase kesalahan dari nilai yang diestimasi.II < 1% jika Ṽ = RT/V > 20 L/gmol untuk sebagian besar molekulṼ = RT/V > 5 L/gmol untuk molekul-molekul diatom dan gas-

gas mulia He, Ne, Ar, Xe

118118

What %Error Can Be Tolerated in a PVT Calculation ?

Cara paling sederhana untuk memutuskan jika persamaan keadaan_EOS gasideal memodelkan perilaku PVT dari sistem secara tepat, yaitu mengatakanbahwa EOS dapat digunakan jika nilai volume molar diprediksi pada T dan Pyang diberikan dalam 1% nilai riil.

Anggapan bahwa gas yaitu ideal dan penggunaan EOS gas ideal untukmengestimasi volume molar.

20 L/mole merupakan rule of thumb. Beberapa gas tidak hanya berinteraksisatu sama lain pada volume molar yang lebih kecil. Dalam hal ini terutamamolekul-molekul non-polar yang kecil tidak berinteraksi satu sama lain.

Gas mulia merupakan gas diatomik yang non polar seperti hydrogen,oxgygen and nitrogen.

Gas-gas diatomik dan helium, neon and argon dapat dipertimbangkan sebagaigas ideal sepanjang volume molar lebih besar dari pada 5 L/mole.

Sehingga apa yang dapat dilakukan saat 2 dari 3 bariabel (P,T,V) diketahui danperlu tahu nilai dari variabel ketiga tetapi gas tidak dapat dipertimbangkanuntuk menjadi gas ideal ?

14/09/2011

60

119

The Compressibilty FactorThe Compressibilty Factor

119

Pada sebagian besar EOS gas ideal merupakan bukanpendekatan yang baik.Untuk menghitung penyimpangan dari perilaku gas ideal dapatmenggunakan faktor kompresibilitas (compressibility factor,Z).

Compressibility factorDidefinisikan dengan persamaan berikut:

Untuk gas ideal, Z = 1

Untuk gas riil Z > atau < 1 dapat lebih besar atau lebih kecil.

Berapa besar penyimpangan Z dari 1 yaitu ukuran daribagaimana perbedaan perilaku gas riil dibandingkan gas ideal.

120120

The Compressibilty Factor

EOS gas ideal menganggap bahwa molekul-molekul tidak berinteraksi dengancara apapun. Molekul-molekul berinteraksi yang menyebabkan Z ≠1.

Z ≠ 1 merupakan ukuran berapa besar interaksi molekul dan bagaimanaperilaku PVT gas non-ideal dari senyawa murni?

Z > 1 jika tumbukan-tumbukan dan gaya tolak menyebabkan molekul-molekul pada rata-rata. Hasilnya yaitu volume molar gas riil > dari gas idealpada T dan P yang sama.

Z > 1 penyimpangan POSITIF dari keadaan ideal

Z < 1 penyimpangan NEGATIF dari keadaan ideal volume molar gas riil < gas ideal

Umumnya Z > 1 pada T dan P yang relatif tinggi.

Lebih umum nilai Z < 1.

14/09/2011

61

121

Principle of Corresponding StatesPrinciple of Corresponding States

121

Banyak sifat-sifat fluida termasuk compressibility factor, Z, tergantung terutama padaseberapa dekat T dan P fluida merupakan Tc dan Pc dari species kimia.

Critical point merupakan titik dimana cair jenuh identik dengan uap jenuhnya.

Pada critical point , T, P, dan V disebut Tc_critical temperature, Pc _critical pressure,dan ṼC_critical molar volume,.

Sifat-sifat kritis ditabelkan dalam berbagai publikasi termasuk di NIST website.

ṼṼCCidealideal secara umum tidak ditabelkan.

Prinsip keadaan yang sesuai _corresponding states :mengatakan pada kita bahwa sifat-sifat apapun, termasuk Z tidakseluruhnya sama untuk seluruh gas-gas pada Tc individualnya.

Z dapat ditentukan dengan mengetahui seberapa dekat T dan P aktual terhadapTc dan Pc pada tiap senyawa kimia. Tc dan Pc tersedia dalam sumber-sumberreferensi data termodinamis.

Molar volume pada Tc disebut critical molar volume.

122

Reduced PropertiesReduced Properties

122

Reduced Properties Penjelasan

Bagaimana cara mengkuantifikasi seberapa dekat keadaanyang diberikan terhadap keadaan kritisnya.Dengan mendifiniskan 3 reduced properties, yang tidakberdimensi dan dapat ditentukan dari sifat-sifat Tc, Pc, dan, ṼC

ideal, yang diketahui.3 reduced properties tersebut yaitu:

• Reduced Temperature

• Reduced Pressure

• Ideal Reduced MolarVolume

subscript "C" sifat pada keadaan kritisTanpa subscript "C" sifat pada keaadaan riil.

ṼCideal

14/09/2011

62

123

Graphical EOS:Graphical EOS: Compressibility ChartsCompressibility Charts

123

Faktor kompresibilitas _ (The Compressibility Factor) Z merupakan kuantitas tidak berdimensi yang mana kami dapat menghitung nilai

dari sifat-sifat yang tidak diketahui, P, Ṽ, atau T dengan menggunakan nilai yangdikenal dari 2 sifat-sifat yang lain.

Ingat bahwa persamaan Z yaituZ yaitu :

Nilai-nilai Z telah ditentukan secara eksperimen untuk sejumlah gas padaberbagai T dan P yang luas.Seluruh dari data ini telah digunakan untuk menghasilkan grafik yang disebutGeneralized Compressibility Charts, yang mempunyai Z pada axis vertikaldan Pr pada axis horizontal. Kurva konstan Tr dan kurva berbeda padagrafik.Berikut contoh dari Generalized Compressibility Charts

ṼCideal

124

GeneralizedGeneralized Compressibility ChartCompressibility Chart

124

The Generalized Compressibility Chart

Reduced Pressure, Pr = P/Pc

ReducedTemperatureTr = T/Tc

14/09/2011

63

125

Lesson Summary 2ELesson Summary 2E

125

Chapter 2, Lesson E - Ideal Gas and Graphical Equations ofState

Mempelajari Ideal Gas EOS dan Generalized Compressibility EOS. Menunjukkan bahwa 2 variabel apapun dari 3 variabel P,V dan T serta menggunakan

EOS untuk menetapkan nilai parameter yang tidak diketahui. Mulai menyegarkan memori tentang EOS Gas ideal dan memformulasikan kembali. Mendifinisikan kondisi dibawah dimana penggunaan Ideal Gas EOS dapat diterima. Jika

volume molar diestimasi menggunakan EOS gas ideal > dari pada 20 L/mole,kemudian diterima untuk mengolah gas sebagai gas ideal.

Saat ideal Gas EOS dapat diterapkan, Generalized Compressibility EOS dapat digunakanuntuk menyelesaian problem P-V-T pada ketelitian kurang lebih 1%. Kunci metode iniyaitu compressibility factor, Z , yang merupakan rasio volume molar riil terhadapvolume molar yang diestimasi menggunakan Ideal Gas EOS.

Gunakan Generalized Compressibility Charts (didasarkan pada data eksperimen) untukmenentukan Z dari 2 dari 3 sifat-sifat yang dikurangi: TR, PR dan volume molar darisenyawa.

Pada akhirnya menggunakan nilai Z yang dicapai dari charts untuk mengestimasi nilaidari parameter yang tidak diketahui: T, P atau . Be careful reading the charts. If you donot read Z correctly the accuracy of the method will be lost.

In the next lesson, we will learn how to use sophisticated, computer-friendly EOS's tosolve P-V-T problems.

Chapter 2, Lesson E - Ideal Gas and Graphical Equations ofState

Mempelajari Ideal Gas EOS dan Generalized Compressibility EOS. Menunjukkan bahwa 2 variabel apapun dari 3 variabel P,V dan T serta menggunakan

EOS untuk menetapkan nilai parameter yang tidak diketahui. Mulai menyegarkan memori tentang EOS Gas ideal dan memformulasikan kembali. Mendifinisikan kondisi dibawah dimana penggunaan Ideal Gas EOS dapat diterima. Jika

volume molar diestimasi menggunakan EOS gas ideal > dari pada 20 L/mole,kemudian diterima untuk mengolah gas sebagai gas ideal.

Saat ideal Gas EOS dapat diterapkan, Generalized Compressibility EOS dapat digunakanuntuk menyelesaian problem P-V-T pada ketelitian kurang lebih 1%. Kunci metode iniyaitu compressibility factor, Z , yang merupakan rasio volume molar riil terhadapvolume molar yang diestimasi menggunakan Ideal Gas EOS.

Gunakan Generalized Compressibility Charts (didasarkan pada data eksperimen) untukmenentukan Z dari 2 dari 3 sifat-sifat yang dikurangi: TR, PR dan volume molar darisenyawa.

Pada akhirnya menggunakan nilai Z yang dicapai dari charts untuk mengestimasi nilaidari parameter yang tidak diketahui: T, P atau . Be careful reading the charts. If you donot read Z correctly the accuracy of the method will be lost.

In the next lesson, we will learn how to use sophisticated, computer-friendly EOS's tosolve P-V-T problems.

126

Physical Properties on InternetPhysical Properties on Internet

126

The NIST Chemistry WebBook provides access to data compiled anddistributed by NIST under the Standard Reference Data Program.

Memuat: ThermochemicalThermochemical datadata for over 7000 organic and small inorganic

compounds. Reaction thermochemistry data for over 8000 reactions. IR spectra for over 16,000 compounds. Mass spectra for over 15,000 compounds. UV/Vis spectra for over 1600 compounds. Gas chromatography data for over 27,000 compounds. Electronic and vibrational spectra for over 5000 compounds. Constants of diatomic molecules (spectroscopic data) for over 600

compounds. Ion energetics data for over 16,000 compounds. ThermophysicalThermophysical property dataproperty data for 74 fluids.

14/09/2011

64

127

Thermophysical property dataThermophysical property data

127

Thermophysical property data for 74 fluids:Thermophysical property data for 74 fluids: Density, specific volume Heat capacity at constant pressure (Cp) Heat capacity at constant volume (Cv) Enthalpy Internal energy Entropy Viscosity Thermal conductivity Joule-Thomson coefficient Surface tension (saturation curve only) Sound speed

128

References

128

1. http://www.learnthermo.com/T1-tutorial/ch01/intro.php

2. J. M. Smith, H.V. Van Ness and M. M. Abbott, “Introduction tochemical engineering thermodynamics”, 6th ed., The McGraw-HillCompanies, Inc., New York, 2001.

3. Geankoplis, C.J., “Transport Processes and Unit Operation”, 3rd ed.,Prentice-Hall International, Inc., New Jersey, 1993.

Documents

Chemical Engineering Thermodynamics - Inbox Hati ... · Steel/baja merupakan suatu campuran besi dan karbon yang dapat dipertimbangkan menjadi senyawa ... Susunan atom-atom dalam