tugas PMB 1

UNIVERSITAS INDONESIA

TUGAS 1 PENGOLAHAN MINYAK BUMI

ASTM FOR SPESIFIC HEAT

disusun oleh:

I Putu Putra Jaya P. (1006759271)

Nahida Rani (1106013555)

Nadhira Zulfakhri ()

Wahyu Riansyah(1006679945)

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

DEPOK

2014

1 Pengolahan Minyak Bumi

1. Pengertian Kalor Spesifik

Kalor spesifik atau Spesific Heat merupakan salah satu sifat termal dari benda. Definisi

dari kalor spesifik yaitu sejumlah kalor yang dibutuhkan untuk temperature dari suatu

massa benda sebanyak satu derajat. Besarnya kalor spesifik dari suatu benda akan menjadi

sifat termal yang penting untuk diketahui karena berkaitan erat dengan proses pemanasan

ataupun pendinginan dari benda tersebut.

Pada pengolahan minyak bumi, seperti kita ketahui proses pemisahan atau fraksinasi

minyak bumi menggunakan distilasi. Proses distilasi merupakan proses pemisahan suatu

campuran berdasarkan perbedaan titik didih senyawa. Desain proses distilasi didasarkan

titik didih senyawa sehingga dibutuhkan sejumlah panas untuk dapat menguapkan

campuran yang akan diproses lebih lanjut.

Dalam perancangan distilasi diperlukan perhitungan besarnya panas yang dibutuhkan

untuk mengetahui kebutuhan utilitas pensuplai panas unit distilasi tersebut. Perhitungan

besarnya panas memerlukan data kalor spesifik dari minyak bumi sehingga kalor spesifik

minyak bumi merupakan salah satu sifat termal yang sangat penting untuk diketahui.

Penelitian dan pengukuran kalor spesifik untuk berbagai macam senyawa hidrokarbon

telah banyak dilakukan dan pada umumnya data yang dihasilkan memenuhi persamaan 1

berikut ini.

= 1/(0.388 + 0.00045) (1)

C adalah kalor jenis pada suhu t0F dan d pada persamaan di atas adalah specific gravity

pada suhu 60 F.

Dalam tugas PMB kali ini, ASTM yang digunakan sebagai referensi untuk mengukur

kalor spesifik adalah ASTM D 2766. Alasan penggunaan ASTM ini adalah tidak ada

ASTM yang secara spesifik digunakan untuk mengukur kalor spesifik dari minyak bumi.

Selain itu, ASTM ini juga menyebutkan bahwa lingkup penggunaan standar di dalam

ASTM D 2766 mencakup cairan dan padatan dengan kondisi tertentu dimana minyak bumi

masih masuk dalam kondisi tersebut.

2. Pengertian ASTM

ASTM merupakan singkatan dari American Standard for Testing and Materials dan

merupakan salah satu metode analisa yang telah dibakukan dengan standard operasional

tertentu dengan tujuan untuk mengetes sifat fisik maupun kimia dari suatu material.

Pembuatan ASTM bermula dari adanya kesepakatan para insinyur di Amerika satu abad

yang silam untuk menyamakan persepsi tentang kualitas baja yang digunakan pada rel


kereta api. ASTM dijadikan sebagai salah satu acuan untuk mengetes sebuah material

disetiap negara. Di Indonesia sendiri salah satu turunan peraturan yang diinspirasi oleh

adanya ASTM dikenal dengan SNI.

3. ASTM D 2766

ASTM D 2766 merupakan salah satu cara pengukuran untuk mengetahui besarnya kalor

spesifik dari cairan dan juga padatan. Berikut ini merupakan rangkuman dari ASTM

tersebut.

3.1 Cakupan ASTM D 2766

Dalam setiap ASTM di awal selalu disebutkan cakupan pengukuran yang diatur oleh

ASTM tersebut. Biasanya pada bagian ini dijelaskan kondisi material seperti apa yang

dapat dites atau diukur sifatnya dengan menggunakan ASTM tersebut. Selain itu, kondisi

pengukuran yang sesuai dengan ASTM juga disebutkan pada bagian ini.

Untuk ASTM D 2766, disebutkan bahwa pengukuran kalor spesifik benda yang dapat

dilakukan dengan standar ini mencakup baik benda berbentuk cairan maupun padatan

dengan catatan bahwa material tersebut memiliki kondisi sebagai berikut:

Tekanan uap material tersebut tidak melebihi 13.3 kPa (100 torr).

Tidak mengalami perubahan fasa pada rentang suhu saat pengetesan berlangsung.

Sebenarnya ada kondisi lainnya yang dijelaskan pada bagian ini yaitu It is applicable

to liquids and solids that are chemically compatible with stainless steel. Namun kelompok

kami agak kurang mengerti apa yang dimaksud oleh kalimat tersebut. Mungkin yang

dimaksud adalah cairan maupun padatan yang diukur tidak mengalami reaksi kimia dengan

material stainless steel.

Untuk material yang memiliki tekanan uap di atas 100 torr maka nilai kalor jenisnya

dapat ditentukan bila tekanan uap material tersebut dapat diketahui pada rentang suhu

pengukuran.

3.2 Terminologi

Pada bagian ini dijelaskan mengenai definisi dari sifat yang akan diukur pada ASTM

tersebut beserta pengertian simbol-simbol yang digunakan. Menurut ASTM ini, kalor

spesifik diartikan sebagai rasio sejumlah kalor yang dibutuhkan oleh sejumlah massa dari

suatu materi tertentu untuk menaikkan suhu dengan kalor yang dibutuhkan untuk


menaikkan suhu dari sejumlah air dengan massa yang sama dengan asumsi tidak adanya

perubahan fasa pada kedua pengukuran tersebut baik untuk material ataupun air. Untuk

simbol dan konversi yang ditampilkan pada ASTM D 2766 dapat dilihat pada bagian

lampiran.

3.3 Ringkasan Metode Pengukuran

1. Perubahan entalpi, diukur ketika tempat sampel yang kosong dipindahkan dari

daerah hot zone yang temperaturnya konstan ke kalorimetrik adiabatik yang

mempunyai suhu awal tertentu (). Pengukuran dilakukan dengan memilih range

temperatur tertentu dari daerah hot zone tersebut.

2. Selain perubahan entalpi , dilakukan juga pengukuran perubahan entalpi lainnya

yaitu . diukur ketika tempat sampel yang berisi dengan sampel dipindahkan

dari daerah hot zone yang temperaturnya konstan ke kalorimetrik adibatik yang

mempunyai suhu awal tertentu. Pengukuran dilakukan dengan memilih range

temperatur tertentu dari daerah hot zone tersebut.

3. Perubahan entalpi net-nya per massa dari sampel digambarkan sebagai fungsi

perpangkatan dari perbedaan temperatur antara hot zone dengan temperatur awal

kalorimeter atau . Turunan pertama dari fungsi perpangkatan terhadap kemudian

mensubstitusi suhu hot zone yang sesuai akan menghasilkan kalor spesifik yang

merupakan fungsi suhu.

3.4 Penggunaan Kalor Spesifik

Seperti telah dijelaskan sebelumnya, sifat termal dari kalor spesifik sering sekali

digunakan dalam perhitungan untuk menghitung besarnya kalor yang dibutuhkan pada

proses pemanasan ataupun pendinginan misalnya pada proses distilasi minyak bumi. Pada

ASTM ini dijelaskan juga bahwa sifat kalor spesifik juga dapat menentukan bagaimana

suatu material mengalami perubahan terhadap adanya thermal stress.

3.5 Alat-alat Pengukuran

Pada bagian ini dijelaskan alat apa saja yang dibutuhkan untuk melakukan pengukuran

beserta spesifikasi mendetail dari peralatan tersebut. Spesifikasi mendetail dapat dilihat

pada bagian catatan kaki yang ada pada ASTM.


1. Drop-Method-of-Mixtures-Calorimeter

Sesuai dengan nama alat ini, sampel yang akan diukur kalornya dimasukkan dari

bagian atas dari peralatan. Terdiri dari bagian utama yaitu bagian untuk memasukkan

container sampel, pengontrol suhu, tube furnace, dan kalorimeter adibatik. Kalorimeter

dijaga dari kondisi mendapat kalor selain dari sampel sehingga kalorimeter dijaga agar

seminimum mungkin mendapatkan panas radiasi dari bagian tube furnace. Bagian-bagian

dari peralatan ini secara lengkap dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Alat Pengukur Kalor Spesifik (ASTM D2766)

2. Sample Container

Terbuat dari bahan stainless steel dengan adanya insulasi menggunakan bahan

polytetrafluoroethylene yang tahan hingga suhu 533K. Sample container ditunjukkan pada

Gambar 2.


Gambar 2. Sample container (ASTM D2766)

3. Pengukur tegangan

Menggunakan pengukur tegangan (voltmeter) yang dapat mengukur hingga 1V

dengan keakuratan hingga 10-6 V. Bisa juga menggunakan alat potensiometer yang

memiliki sensitifitas hingga 1V atau digital multimeter dengan sensitifitas dan skala yang

sama serta memiliki paling tidak 6 digit angka yang dapat ditunjukkan pada alat multimeter

tersebut. Selain alat pengukur tegangan seperti voltmeter dan multimeter ternyata pengukur

temperatur digital juga dapat digunakan karena tujuan adanya pengukur tegangan juga

untuk mengkonversinya menjadi pengukuran suhu. Skema pengukur tegangan dan

peralatan kalorimeter ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Diagram Alat Pengukuran Kalor Spesifik dan Pengontrolnya (ASTM D2766)

4. Resistor, dengan keakuratan 1-

5. Resistor, dengan keakuratan 100-


6. Resistor, dengan keakuratan 10.000-

7. Amplifier

Amplifier digunakan untuk mengatur tegangan saat pengukuran. Spesifikasi lebih

lanjut dapat mengacu kepada ASTM D2766.

8. Strip Chart Recorder

9. Binding posts

10. Rotary Switch

11. Thermistor Bridge

12. Thermistor

13. Thermocouple

14. Power Supply

15. Standard Cell

3.6 Prosedur Pengukuran

Mengisi tempat sampel dengan sejumlah sampel. Sampel yang dimasukkan terlebih

dahulu ditimbang massa. Dalam menimbang massa sampel, menurut ASTM ini

perlu dilakukan koreksi terhadap air-buoyancy. Kami kurang mengerti apa yang

dimaksud dengan air-buoyancy, tapi kemungkinan koreksi ini digunakan karena

adanya sejumlah massa udara yang berada terikut di dalam tempat sampel. Prosedur

koreksi nilai massa sampel tersebut lebih jelasnya dapat dilihat pada ASTM D 1217.

Untuk menentukan nilai , lakukan pemanasan terhadap tempat sampel dengan

menggunakan tube furnace hingga suhunya konstan. Suhu yang konstan dari tempat

sampel dapat diamati dengan menggunakan termokopel. Setelah suhu dari tempat

sampel konstan maka dilakukan serangkaian kalibrasi terhadap kalorimeter dengan

cara mengatur suhu dari kalorimeter. Suhu kalorimeter saat kalibrasi dijaga agar

dibawah suhu awalan pengukuran yang diinginkan. Suhu awalan dari kalorimeter

diatur dengan menggunakan peralatan elektronik (thermometer bridge). Beberapa

hal pada prosedur ini kurang kami mengerti. Namun intinya adalah ketika suhu

kalorimeter mencapai suhu awalan yang diinginkan ditandai dengan thermometer

bridge yang menunjukkan angka mendekati 0. Setelah suhu awalan kalorimeter

tercapai (Tf) maka tube furnace dijauhkan dari kalorimeter sehingga tempat sampel

terjatuh ke dalam kalorimeter. Tempat sampel yang panas tadi akan memberikan

panasnya ke dalam kalorimeter sehingga suhu kalorimeter perlahan akan naik.


Kenaikan temperatur ini dicatat dengan menggunakan strip chart recorder dalam

bentuk tegangan listrik. Nantinya dari tegangan listrik yang tercatat akan dikonversi

menjadi panas yang diberikan ke dalam kalorimeter.

Pengukuran dilanjutkan dengan menggunakan tempat sampel yang kemudian diisi

dengan sampel. Prosedur pengambilan datanya sama dengan prosedur sebelumnya

hanya berbeda tempat sampelnya yang telah terisi dengan sampel.

3.7 Perhitungan

Prosedur pertama adalah menghitung besarnya kalor yang diterima oleh kalorimeter

dengan persamaan yang merupakan fungsi dari hambatan dan juga tegangan listrik

(persamaan 2).

(2)

Disini kami kurang mengerti bagaimana cara menghitung konversi dari listrik ke

dalam energi panas. Yang kami pahami adalah kalor disini ditentukan oleh faktor

internal dari kalorimeter tersebut dan untuk menghitung faktor kalorimeter

digunakan persamaan 3.

= / (3)

Kemudian perubahan entalpi ataupun dapat dihitung menggunakan

persamaan 4 dan persamaan 5.

= (4)

= (5)

Kemudian karena merupakan perubahan entalpi dari tempat sampel kosong

dan merupakan perubahan entalpi dari tempat sampel yang terisi dengan

sampel. Maka bisa dicari nilai perubahan entalpi dari sampel per satuan massa yaitu:

= ( )/ (6)

Langkah selanjutnya adalah membuat grafik atau hubungan antara terhadap T.

Pengertian dari T dapat dilihat pada lampiran. Grafik tersebut merupakan fungsi:

= + 2 (7)

Setelah persamaan tersebut didapatkan maka turunkan persamaan 7 terhadap T

sehingga akan didapatkan kalor spesifik benda dalam bentuk persamaan T.

substitusi nilai Tf untuk mendapatkan hasil dari kalor spesifik.


3.8 Kelebihan dan Kekurangan ASTM D 2766

ASTM D 2766 yang kami gunakan adalah revisi dari tahun 1995 yang diperbarui pada

tahun 2000. Kelebihan dari revisi ini adalah adanya prosedur untuk menghitung kalor

spesifik dari material dengan tekanan uap yang melebihi 13.3 kPa pada rentang suhu

pengukuran. Intinya, tekanan uap yang melebihi batas tersebut akan membuat adanya kalor

yang digunakan untuk mengubah fasa dari material atau sampel yang akan diuji sehingga

disini dijelaskan bagaimana koreksi terhadap sejumlah kalor tersebut.

REFERENSI

ASTM D 2766-95. 2000. Standard Test Method for Specific Heat of Liquids and Solids.

Speight, James G. 2006. The Chemistry and Technology of Petroleum 4th edition. CRC Press.


LAMPIRAN

Definisi Simbol

= suhu hot zone, 0C

= suhu awal kalorimeter, 0C

= temperatur differential = , 0C

1 = resistensi dari resistor standar 1



1 = cmf yang melewati resistor standar 1



= total kalor yang terbentuk di kalorimeter dan heater

= total heat effect tempat sampel kosong, mV

= total heat effect tempat sampel + sampel, mV

= kalibrasi total heat effect tempat sampel kosong, mV

= kalibrasi total heat effect tempat sampel + sampel, mV

= perubahan entalpi tempat sampel kosong dari Tf ke Tc

= perubahan entalpi tempat sampel + sampel dari Tf ke Tc

=

W = total massa sampel setelah kalibrasi air buoyancy

Documents

tugas PMB 1