View
253
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
1/28
EFEK-EFEK PANAS
1
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
2/28
Operasi yang melibatkan panas banyak
dijumpai di industri.
Panas tsb memberikan berbagai efek
baik positif maupun negatif , sehinggaharus dikendalikan/dikontrol untuk
berbagai keperluan dan demi efisiensi
energi
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
3/28
PANAS SENSIBEL Merupakan panas yang menyertai perubahan suhu sistem
tanpa disertai perubahan fasa dll Pada saat terjadinya transfer panas, tidak ada perubahan
fasa, tdk ada reaksi kimia, dan tidak ada perubahankomposisi dalam sistem.
Besarnya perubahan suhu akibat menerima/melepaspanas tergantung dengan kapasitas panas masing-masingbahan (Cv atau Cp)
Cv: besarnya perubahan suhu akibat
menerima/melepas panas pada V konstan,Cv= dQ/dT = perub. panas yg ditransfer/perub.
suhu
Cp: sama, tapi pada P konstant 3
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
4/28
Review:
Dari Hk. I, pada keadaan volume tetap:
Q = U + P.dV = U + 0 = U
Cv = dQ/dT =dU/dT ......dQ=dU=Cv dT
Pada tekanan tetap
Q = U + P.dV = (U2-U1) + P (V2-V1)
= (U2+PV2) - (U1+PV1)
= H2 H1
= H
Cp=dQ/dT=dH/dT...dQ=dH = Cp dT
4
TCvdUQT
T2
1
dTCHQ
T
T P
2
1
Kapasitas panas = besar panas yg ditransfer dibagiperubahan suhu=dQ/dT
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
5/28
Cp dan Cv fungsi suhu (T)
Nilai kapasitas panas suatu benda berubah
terhadap suhu, shg Cp=f(T) dan Cv=f(T) Untuk gas ideal, berlaku hubungan:
Nilai parameters A,B,C,D untuk sejumlah gas-gas
diberikan dalam Tabel C.1 (hal 635 Smith ed. 6)
Juga berlaku:
5
22
DTCTBTAR
CigP
1R
C
R
C igPig
V
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
6/28
Contoh 1 (Example 4.1)
Heat capacity of methane in the ideal-gas state is given as
a function of temperature in (K) by:
where the parameter values are from Table C.1.
Develop an equation for for T in C.
263 10164.210081.9702.1 TTR
CigP
RC
ig
P
Solution:
The relation between the two temperature scales is:
TK= t0C + 273.15
Therefore, as a function of
263 15.27310164.215.27310081.9702.1 ttR
CigP
263
10164.210899.7021.4 ttR
CigP or
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
7/28
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
8/28
CONTOH SOAL (4.2)
Hitung panas yang dibutuhkan untuk menaikkantemperatur 1 mol gas metana dari 260 menjadi 600Cdi dalam suatu proses alir steady yang berlangsung
pada tekanan cukup rendah sehingga metana dapatdianggap sebagai gas ideal.
PENYELESAIAN
22igP DTCTBTAR
C
A = 1.702
B = 9.081 103
C = 2.164 106
D = 0
T1 = 260C = 533,15 K
T2= 600C = 873,15 K
Use the data from Table C.1 for methane (no data forD). See p. 635
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
9/28
2
1
T
T
ig
P dTR
CRHQ
2
1
T
T
2 dTCTBTAR2
1
T
T
32 T3CT
2BATR
31
32
21
2212 TT
3
CTT
2
BTTAR
223
15,53315,8732
10081,9
15,53315,873792,1314,8
336
15,53315,8733
10164,2= 19.778 J/mol
2
1
T
T
P dTCH
Q = H n = 19.778 J/mol 1 mol = 19.778 J
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
10/28
CONTOH SOAL 4.3
Berapa temperatur akhir jika panas sebanyak 0,4 106(Btu) ditambahkan pada 25 (lb mol) ammoniayang semula berada pada temperatur 500 (F) dalamsuatu proses alir steady yang berlangsung padatekanan 1 (atm)?PENYELESAIAN
16
mollbBtu000.1625
104,0
n
QH
= 37.218 J mol1
K15,5338,1
67,459500T1
A = 3.578
B = 3.02 103
C = 0
D = 0.186 105
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
11/28
2
1
T
T
igP dTR
CRHQ
2
1
T
T
2 dT
TDBTAR
2
1
T
T
2
TDT
2BATR
12
2
1
2
212
T
1
T
1DTT
2
BTTAR
2223
15.5332
1002.3
T 15.533578.3314.8218.37 2 T
15.533
1110186.0
2
5
T
2
1
T
TP dTCHQ
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
12/28
0259.6848
10186.0
578.31051.1 2
5
2
2
2
3
TTT
Selanjutnya persamaan di atas diubah mjd:
atau f(T2) = 0
Persamaan di atas dpt diselesaikan dengan bbg cara:
1. coba-coba bebas2. cara iterasi: subtitusi berurut, Newton-Raphson, dll3. Software: Matlab, matchcad, excel4. dll
*Hasil coba-coba bebas:
T2 f(T2)
1000 -1.741,66
900 -2.384,29
1200 -364,76
1250 -1,50
1250.2 -0.04
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
13/28
Jadi T2= 1250,2 K
*Software: Coba solve excel
*Subtitusi berurut:
259,848.6T
10186,0
T1051,1578,3
1
T2
52
2
3
2
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
14/28
Latihan
Tentukan jumlah panas yang diperlukan untuk
memanaskan 10 mol SO2 dari suhu 200C ke
1100C pada kondisi tekanan atmosferis
30/11/2015 Chemical Engineering Thermodynamics I(Ampulan)
14
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
15/28
JAWAB:
-(-1.015 x 10^5)[1/1373.15 1/473.15]} = 47.007 kJ/mol
2
1
T
T
igP dTR
CRHQ
2
1
T
TP dTCHQ
Q = H n = 47.007 kJ/mol 10 mol = 470.007 kJ/mol
2
1
2
T
T
dT
T
DBTAR
2
1
T
T
2
T
DT
2
BATR
12
2
1
2
212
11
2 TTDTT
BTTAR
1547315137369953148
223
1547313732
108010
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
16/28
LATENT HEATS OF PURE
SUBSTANCES
Heat that is required when a pure substance isliquefied from solid or vaporized from liquid atconstant pressure. In this process no change intemperature occurs.
1. Clapeyron equation:
where for a pure species at:
temperature T, H= latent heat,
V= volume change accompanying the phase change,Psat= vapor pressure ..... (whats this?)
dT
dPVTH
sat
Some approaches to measure Laten Heat:
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
17/28
2. Rough estimates of latent heats of vaporizationfor pure liquids at their normal boiling points are
given by Troutonsrule:
where Tn= absolute temperature at the normal
boiling point. (Normal: P=1 atm)
As comparison ~~** [Ar,8.0; N2,8.7; O2,9.1;HCl,10.4; C
6
H6
,10.5; H2
S,10.6 & H2
O,13.1]
10n
n
RT
H
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
18/28
3. Equation proposed by Riedel:
where Pc= critical pressure, = reduced
temperature at Tn
= Tn/Tc
Estimates of the latent heat of vaporization of pureliquid at any temperature from the known value at a
single temperature may be based on a knownexperiment value or on the value estimated byequation above.
4. The method proposed by Watsonhas found wide acceptance to predic:
nr
c
n
n
T
P
RT
H
930.0
013.1ln092.1
nrT
38.0
1
2
1
2
1
1
r
r
T
T
H
H
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
19/28
Example 4.4
Given that the latent heat of vaporization of water at 100
0
C is2,257 J g-1, estimate the latent heat at 300C. Tc water=647.1K,
Pc=228.6 Bar
Solution 4.4
Let H1= latent heat at 1000C = 2.257 Jg -1H2= latent heat at 300
0C
Tr1=373.15/647.1 =0.577
Tr2=573.15/647.1 = 0.886
Then by Eq. (4.13),
138.038.0
2 371,1270.0257,2577.01
886.01257,2
JgH
The value given in the steam tables is 1,406 Jg-1. (see page 666)
38.0
1
2
1
2
1
1
r
r
T
T
H
H
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
20/28
Untuk reaksi: aA + bB l L + mM
Panas reaksi standardidefinisikan sebagai perubahanenthalpy jika amol A dan bmol B pada temperatur Tkeadaan standar bereaksi membentuk lmol L dan m
mol M
Keadaan standar adalah keadaan tertentu dari suatuspesies pada T, P (biasanya 0C atau 25C, 1atm or 1bar), komposisi, dan kondisi fisik tertentu, seperti gas,cair, atau padat.
Gas: zat murni dalam keadaan gas ideal pada 1 barCairan/padatan: cairan atau padatan nyata pada 1 bar
322 NHH2
3N
2
1
J110.46H298
322 NH2H3N
J220.92H298
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
21/28
Panas pembentukan standar adalah perubahanenthalpy yang menyertai pembentukan 1 mol
suatu senyawa dari elemen-elemen penyusunnyapada keadaan standar.
CONTOH:
CO2(g) : C(s) + O2(g) CO2(g)J509.393H
298f
CO(g) : C(s) + O2(g)CO(g)J525.110H
298f
H2O(g) : H2(g) + O2(g)H2O(g) J818.241H 298f
Panas pembentukan standar dapat digunakan untuk
menghitung PANAS REAKSI STANDAR.
Panas pembentukan untuk elemen = 0
H2(g) : J0H 298f
/mol
/mol
/mol
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
22/28
Misal untuk menghitung panas reaksi dari water-gasshiftreaction pada 25C:
CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)
Cara menghitungnya adalah:
CO2(g) C(s) + O2(g) mol/J509.393H298
C(s) + O2(g) CO(g) mol/J525.110H298
H2(g) + O2(g) H2O(g) mol/J818.241H298
CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)mol/J166.41H298
Catt: panas pembentukan standar dpt dilihat di Table C.4 of App. C (page637
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
23/28
30/11/2015 23
Example 4.5
Calculate the standard heat at 25C for the following reaction :
4HCl(g) + O2(g) 2H2O(g) + 2Cl2(g)
Solution 4.5
Standard heats of formation at 298.15 K from Table C.4 are :
HCl (g) :-92,307 J H2O (g) :-241,818J
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
24/28
30/11/2015 24
The following combination gives the desired result :
4HCl (g) 2H2(g) + 2Cl2(g) H298=(4)(92,307)
2H2(g) + O2(g) 2H2O (g) H298=(2)(-241,818)
4HCl (g) + O2(g) 2H2O (g) + 2Cl2(g)
H298 = -114,408 J
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
25/28
Panas pembakaran standar adalah perubahanenthalpy yang menyertai pembakaran 1 mol suatusenyawa. Pembakaran = reaksi dgn O2
CONTOH:
C(s) + O2(g) CO2(g) molJ509.393H298
CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) molJ600.802H298
CH4O(g) + 1O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) molJ200.638H298
Seperti halnya panas pembentukan standar, panaspembakaran standar juga dapat digunakan untukmenghitung panas reaksi standar.
Banyak reaksi yang pada prakteknya sulit
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
26/28
Banyak reaksi yang pada prakteknya sulitdilaksanakan secara langsung. Maka biasanyadata entalphi pembentukannya ditentukan secara
tidak langsung. Contohnya adalah reaksi pembentukan n-butane
melalui rute (page 130):
Maka entalphy pembentukannya dihitungmelalui jalur sintesis pembakaran
gHCg5Hs4C 1042
509.3934gCO4g4Os4C 029822 H
830.2855lOH5gO21
2g5H0
298222 H
396.2877gO2
16gHClO5Hg4CO 0298210422 H
?...gHCg5Hs4C02981042 H
Cek (table C.4, p. 637): -125.79
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
27/28
PR
Soal mulai hal 140 Smith Van Ness (6 ed)
Problem 4.3; 4.4; 4.26
30/11/2015 27
7/24/2019 Efek Panas termodinamika
28/28
SEKIAN UTK HARI INI
30/11/2015 28
Recommended