Embed Size (px)
DESCRIPTION
materi matematika teknik bu Elda (Teknik Kimia UnSri)
Citation preview
PEMODELAN MATEMATIS DENGAN NERACA PANAS
PEMANASAN DALAM TANGKI SECARA BATCH
Coil pemanas
Air dalam tangki sebanyak 2 kg akan dipanaskan dengan menggunakan pemanas yang memberikan panas sebesar 50 cal/menit. Jika suhu air mula-mula adalah 30 C, maka berapa lama air akan mendidih?
Diketahui :T0 = 30 oC Tf = 100 oCcp air = 1 cal/g CM air = 2 kgQ coil = 2000 cal/menit
Neraca Panas dalam tangki secara batch:
Penyelesaian:
Qin - Qout + Qgenerated - Qconsumed = Qacc
Q = m cp dT
PEMANASAN DALAM TANGKI SECARA KONTINU
mT1
mT2
Air dipanaskan secara kontinu dalam tangki dengan volume 100 L. Air masuk dan keluar dengan kecepatan yang sama 2 L/menit. Pemanas coil digunakan untuk memberikan panas sebesar 100 kcal/menit. Jika suhu air mula-mula adalah 30 C, maka berapa berapa suhu air keluar tangki ? Asumsi densitas dan cp air konstan.
Neraca Panas dalam tangki secara kontinu dan steady:
Penyelesaian:
Qin - Qout + Qgenerated - Qconsumed = Qacc
Tr = suhu referensi, umumnya 25 o C
PEMANASAN DALAM TANGKI SECARA KONTINU
mT1
mT2
Air dipanaskan secara kontinu dalam tangki dengan volume 200 L. Air masuk dan keluar dengan kecepatan yang sama 200 L/menit. Pemanas yang digunakan adalah steam pada suhu 150 C yang dialirkan dengan kecepatan 1 kg/menit. Jika suhu air mula-mula adalah 30 C, maka berapa berapa suhu air keluar tangki ? Asumsi densitas dan cp air konstan, semua panas dari steam digunakan untuk menaikkan suhu.
ms Ts
ms Ts
Hvap = 2112 kJ/kg
Neraca Panas dalam tangki secara kontinu dan steady:
Penyelesaian:
Qin - Qout + Qgenerated - Qconsumed = Qacc
Tr = suhu referensi, umumnya 25 o C
NERACA ENERGI SISTEM TERTUTUP
Energi yang dimiliki sistem:-Energi dalam, U-Energi potensial, Ep
-Energi kinetik, Ek
Energi karena interaksi dengan lingkungan-Panas, Q-Kerja, W
Sistem tertutup:-Tidak ada aliran massa masuk dan keluar sistem-Ada aliran energi masuk dan keluar sistem
Neraca energi sistem tertutup:
Energi masuk – Energi keluar + Energi dihasilkan - Energi dikonsumsi = Energi akumulasi
Dalam proses kimia, Ek dan Ep biasanya diabaikan
dU = m cv dT Untuk padatan dan cairan : cv = cp
Energi masuk – Energi keluar + Energi dihasilkan - Energi dikonsumsi =
Energi masuk – Energi keluar + Energi dihasilkan - Energi dikonsumsi =
Untuk soal di atas, persamaan energi menjadi :
NERACA ENERGI SISTEM TERBUKA
mT1
mT2
Sistem terbuka:-Ada aliran massa masuk dan keluar sistem-Ada aliran energi masuk dan keluar sistem
Energi yang dimiliki sistem:-Energi dalam, U-Energi potensial, Ep
-Energi kinetik, Ek
Energi karena interaksi dengan lingkungan-Panas, Q-Kerja, W-Energi aliran massa masuk dan keluar, PV
Neraca energi sistem terbuka:
Energi masuk – Energi keluar + Energi dihasilkan - Energi dikonsumsi = 0
Dalam proses kimia, Ek dan Ep biasanya diabaikan
dU = m cv dT Untuk padatan dan cairan : cv = cp
Energi masuk – Energi keluar + Energi dihasilkan - Energi dikonsumsi =
Energi masuk – Energi keluar + Energi dihasilkan - Energi dikonsumsi =
Energi masuk – Energi keluar + Energi dihasilkan - Energi dikonsumsi = Energi akumulasi
Komponen Neraca energi/neraca panas untuk sistem terbuka secara umum dituliskan dalam entalpi (H)
Sehingga neraca panas/energi menjadi:
Hin – Hout + Hgenerated – Hconsumed = Hacc
ΔH = Q + W
- Jika perubahan tekanan kecil- Jika perubahan volum kecilΔH = Q
(Hin + Hgenerated ) – (Hout + Hconsumed ) = Hacc
Neraca energi/panas terkadang juga disederhanakan sehingga hanya memiliki komponen input, output, dan akumulasi.
Hinput Hout
Hin – Hout = Hacc
W = 0
Hin – Hout = Hacc
Penyelesaian soal menjadi :
Hin = Hout
ms Hvap = m cp (T2 – T1 )
m cp (T1 – Tr) + ms Hvap = m cp (T2 – Tr )
Latihan.
1. Air dalam tangki sebanyak 100 kg akan dipanaskan dengan menggunakan pemanas listrik. Jika suhu air mula-mula adalah 30 C, maka berapa panas yang harus diberikan untuk memanaskan air hingga 70 C selama 10 menit? Asumsi densitas dan cp konstan.
2. Air dipanaskan secara kontinu dalam tangki dengan volume 100 L. Air masuk dan keluar dengan kecepatan yang sama 1 L/menit. Pemanas coil digunakan untuk memberikan panas. Jika suhu air mula-mula adalah 30 C, maka berapa panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu air hingga 60 C? Asumsi densitas dan cp air konstan.
3. Air dipanaskan secara kontinu dalam tangki dengan volume 200 L. Air masuk dan keluar dengan kecepatan yang sama 100 L/menit. Pemanas yang digunakan adalah steam pada suhu 150 C. Jika suhu air mula-mula adalah 30 C, maka berapa jumlah steam yang diperlukan untuk menaikkan suhu air menjadi 80 C ? Asumsi densitas dan cp air konstan, semua panas dari steam digunakan untuk menaikkan suhu.
