Uploaded by User34416

MAKALAH PIK

advertisement
MAKALAH PROSES INDUSTRI KIMIA
“Unsteady State, Closed System”
Di Susun Oleh:
Arbainah (1809065017)
Apriliyanti Redhani (1809065022)
M. Aldi Gazali (1809065046)
PROSES INDUSTRI KIMIA
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MULAWARMAN
2019
Kata Pengantar
Segala puja dan puji syukur kita panjatkan atas kehadiran Allah SWT, karena atas
segala rahmat, hidayah dan inayah-Nya, kami dapat menyelesaikan makalah ini
tepat pada waktu yang telah yang ditentukan sebelumnya.
Shalawat serta salam tak lupa kita haturkan kepada junjungan kita Nabi
Muhammad SAW beserta sahabat-sahabat dan para pengikut-pengikutnya yang
telah berjuang menegakkan kalimat Laa ilaaha illallah. Dan semoga sampai
kepada kita selaku umatnya yang senntiasa menaati ajarnnya.
Makalah ini berjudul “Unsteady State and Closed System”. Dalam makalah ini
membahas tentang devinisi neraca energi secara umum, sistem dan sistem
lingkungan yang dimana mahasiswa diajak untuk mengenal secara menyeluruh
walaupun sederhana. Semoga makalah ini dapat bermanfaat dalam pengetahuan
bagi yang membacanya. Penulis berharap dapat menambah pengetahuan pembaca
tentang konsep didalamnya. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan
saran dari pembaca demi kesempurnaan makalah ini. Penulis mengucapkan
banyak terima kasih.
Samarinda, 22 September 2019
Penyusun
i
DAFTAR ISI
Kata Pengantar.........................................................................................................i
Daftar Isi.................................................................................................................ii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang..........................................................................................1
1.2 Rumusan Masalah.....................................................................................2
1.3 Tujuan Penulisan.......................................................................................2
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Neraca Energi Secara Umum....................................................................3
2.2 Neraca Energi untuk Sistem Tertutup (Closed System).............................4
2.3 Unsteady State...........................................................................................6
BAB III PENUTUP
3.1 Kesimpulan..............................................................................................10
DAFTAR PUSTAKA
ii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sebuah sistem adalah satu bagian alam semesta yang diberi perhatian dalam
penyelesaian masalah. Bagian lain dari alam semesta yang mungkin dapat
berhubungan dengan sistem dinamakan lingkungan (environment atau
surrounding). Kontak sistem dengan lingkungan dapat berubah perpindahan
massa, perpindahan energi atau perpindahan massa dan energi (Susanto,
2014).
Sebuah sistem didefinisikan sistem terbuka, jika sistem tersebut menerima
masukan massa atau melepaskan massa keluar sistem, walaupun jumlah uap
komposisi massa dalam sistem mungkin tidak mengalami perubahan.
Sebuah sistem disebut sistem tertutup jika sistem tersebut tidak mengalami
pemasukan atau pengeluaran massa. Sebuah sistem tertutup mungkin
mengalami pemasukan atau pengeluaran energi yang dapat berupa panas,
kerja, atau listrik dan juga magnet. Sebuah sistem tertutup disebut sistem
terisolisir, jika sistem tersebut tidak mengalami pemasukan dan pengeluaran
massa dan energi dalam bentuk apapun. Sebuah sistem terbuka maupun
tertutup didefinisikan sistem adiabatik, jika sistem tersebut tidak mengalami
pemasukan atau pengeluaran energi dalam bentuk panas (Susanto, 2014).
Energi dapat tersimpan dalam sebuah benda atau berpindah dari satu benda
ke benda lain. Sifat milik benda digolongkan pada sifat ekstensif yang
tergantung jumlah massa benda, dan intensif yang tidak tergantung pada
jumlah massa benda. Contoh sifat intensif: temperatur, tekanan, densitas,
dan kapasitas panas (Susanto, 2014).
1
1.2 Rumusan Masalah
a. Apa yang dimaksud dengan neraca energi secara umum?
b. Apa yang dimaksud dengan closed system dan unsteady state?
c. Bagaimana proses yang terjadi dalam sistem tertutup?
d. Bagaimana prinsip dalam unsteady state?
e. Bagaimana cara energi sistem dapat bertambah atau berkurang?
1.3 Tujuan Penulisan
a. Untuk mengetahui pengertian dari neraca energi secara umum
b. Untuk mengetahui pengertian dari closed system dan unsteady state
c. Untuk mengetahui proses yang terjadi dalam sistem tertutup
d. Untuk mengetahui prinsip dalam unsteady state
e. Untuk mengetahui cara energi sistem dapat bertambah atau berkurang
2
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Neraca Energi Secara Umum
Secara umum neraca energi dapat dituliskan sebagai berikut :
Akumulasi
energi sistem
=
+
Energi ditransfer
ke dalam sistem
Energi
terbangkitkan
-
-
Energi ditransfer
keluar sistem
Energi
terkonsumsi
Penurunan neraca energi suatu sistem aliran dapat direpresentasikan pada
gambar dibawah ini, dimana sistem aliran adalah sistem terbuka. Aliran
masuk dan keluar memiliki properties energi masing-masing, seperti energi
dalam U, potensial E.P., dan kinetik E.K. Total energi untuk ketiga
properties tersebut akan menjadi m (U + ½U2 + zg). Apabila dimasukkan
nilai akumulasi dan energi lain, akan didapatkan persamaan neraca energi
umum,
dE
= -∆[ m (U + ½U2 + zg)] + Q + Wother..................(2.1)
dt
dimana nilai dapat berarti usaha yang terjadi pada sistem. Pada gambar ini,
usaha yang terjadi adalah usaha pada piston PV dan usaha sistem Wother, dan
dengan pengertian H=U+PV, persamaan diatas menjadi :
dE
= E2 - E1 = -∆[ m (H + ½U2 + zg)] + Q + W............(2.2)
dt
3
Inilah yang dikatakan sebagai neraca energi secara umum, yang dapat
diterapkan dan divariasikan pada berbagai kondisi, seperti sistem tunak dan
tak tunak.
Gambar 2.1 Skematis kontrol volume dengan satu aliran masuk dan keluar
(Moran dan Shapiro, 2004).
2.2 Neraca Energi untuk Sistem Tertutup (Closed System)
Sistem tertutup (Closed System) adalah sistem yang tidak berhubungan dan
tidak dipengaruhi oleh lingkungan luarnya. Ada pertukaran energi tetapi
tidak terjadi pertukaran massa atau pertukaran kerja sistem dengan
lingkungannya. Dalam sistem tertutup, massa yang berada dalam sistem
tidak berubah dan tidak ada pertukaran massa benda antar sistem dengan
lingkungannya tetapi tidak menutup kemungkinan volume benda dapat
berkurang hal ini dikarenakan adanya perpindahan energi yang masuk dan
keluar dari sistem, perpindahan energi biasa dalam bentuk panas (kalor) dan
kerja (Berger, 2001).
Jika suatu sistem memiliki interaksi dengan lingkungannya dan energi dapat
melintasi batas sistem, namun energi tersebut bukan termasuk panas, maka
dapat dipastikan bahwa energi tersebut merupa kerja. Sebagai contoh bentuk
kerja antara lain kerja listrik, gravitasi, percepatan, dan lain-lain (Sudjito,
2014).
4
Pada sistem tertutup tidak ada aliran massa baik yang masuk maupun yang
keluar sistem sehingga kita hanya perlu menuliskan neraca energi sistem,
sebagai berikut:
dE
= E2 - E1 = -∆[ m (H + ½U2 + zg)] + Q + W.................(2.3)
dt
dE
= E2 - E1 = Q + W......................................(2.4)
dt
Dimana akumulasi
dE
dapat dijabarkan sebagai akumulasi dari energi
dt
dalam sistem (∆U), potensial sistem (∆P) dan energi kinetik sistem (∆K).
Dimana ∆ pada kondisi ini merupakan perubahan karena waktu t1 ke t2 .
Sehingga persamaan diatas dapat ditulis sebagai :
∆U + ∆P + ∆K = Q + W...................................(2.5)
Pada keadaan umumnya akumulasi potensial dan kinetik sangat kecil
dibanding dengan akumulasi energi dalamnya, sehingga dapat diabaikan.
Sehingga pada kondisi ini, persamaan neraca energinya adalah :
∆U = Q + W................................................(2.6)
Oleh karena itu dapat ditarik kesimpulan, dimana pada sistem tertutup
akumulasi energi hanya berasal dari perpindahan kalor dan transfer usaha
saja. Perpindahan kalor terjadi apabila ada perbedaan suhu antara sistem dan
lingkungan dan juga antar muka sistem dan lingkungan tidak bersifat
adiabatik.
Gambar 2.2 Contoh sistem tertutup (Closed System)
5
Sedangkan kerja mekanik tidak berharga nol apabila pembatas (boundary)
sistem berubah bentuknya sehingga sistem menghasilkan atau menerima
kerja yang disebut sebagai kerja PV. Selain itu, dapat terjadi bila sistem
menghasilkan akan menerima kerja melalui poros yang berputar atau
melalui sistem mekanik lain seperti penggunaan pompa kondensor ataupun
alat-alat lainnya (Smith dkk, 1996).
2.3 Unsteady State
Suatu sistem berada dalam keadaan tak tunak apabila keadaannya mengalami
perubahan terhadap waktu tertentu. Dimana Akumulasi pada sistem tidak
bernilai nol, aliran masuk dan keluar tidak konstan, properti dalam sistem
berubah (www.scribd.com).
Neraca massa tak tunak mempunyai prinsip yang sama dalam persamaan
neraca massa secara menyeluruh. Pada keadaan tak tunak (unsteady)
menjelaskan adanya akumulasi bahan di dalam alat. Dengan kata lain, proses
yang terjadi tergantung pada waktu. Setiap saat ada perubahan baik
pertumbuhan maupun pengurangan bahan seiring dengan waktu yang
berjalan (www.academia.edu).
Neraca massa keadaan tak tunak seperti pada persamaan (1) yang ditulis
kembali, yaitu :
Massa
masuk
melalui
pembatas
-
Massa
keluar
melalui
pembatas
Massa
tumbuh
dalam
sistem
+
-
Massa
yang
terambil
dalam
sistem
=
Akumul
asi
massa
dalam
sistem
Jika terjadi reaksi kimia, maka neraca massa seperti persamaan 2, yaitu:
(Akumulasi) = (massa masuk) - (massa keluar)
(www.academia.edu).
6
Secara analogi, neraca energi makroskopik untuk sistem tertutup,
Unsteady state dapat dituliskan:
(Akumulasi energi di dalam sistem) = (energi yang masuk) - (energi yang
keluar)
∆ (U + EP + EK)sistem = ∆E = Q + W........................(2.7)
Kerja (W) dilakukan ke sistem
Panas (Q) masuk ke sistem
Energi sistem (U
+ EP + EK) = E
(E bisa berubah
terhadap waktu
Gambar 2.1 Sistem tertutup, unsteady state dengan panas (Q) dan kerja (W).
(tekkim.unnes.ac.id).
Energi sistem dapat bertambah atau berkurang melalui cara berikut:
1. Energi yang terbawa dalam materi yang masuk atau keluar sistem.
2. Panas (Q) yang masuk atau keluar sistem melalui dinding sistem akibat
perbedaan tempertaur sistem dengan lingkungan.
3. Kerja (W) yang berpindah melalui dinding sistem sebagai berikut:
a. Perbedaan tekanan sistem dan lingkungan yang diwujudkan dengan
perubahan volume sistem.
b. Perbedaan tekanan lingkungan dengan sistem tempat masukan dan
perbedaan tekanan sistem dengan lingkungan ditempat keluaran.
c. Kerja poros yaitu yang berhubungan dengan peprindahan momentum
antara sistem dengan lingkungan, misalnya kerja pompa, kompresor
atau turbin.
(Susanto, 2014).
7
Contoh soal:
Natrium hidroksid dengan kadar 40% dialirkan ke dalam tangki dengan
kecepatan 100 pada suhu 20oC. Larutan ini akan diencerkan menjadi 12%.
Berapa air yang diperlukan setiap jamnya? Dan berapa kecepatan keluar
dalam ?
Jawab:
Untuk dapat menyelesaikan soal di atas diperlukan data rapat larutan NaOH
40%. Data dapat diperoleh dari buku (handbook) Perry atau literatur lain
dari buku Perry edisi 5, hal.
3-78 diperoleh data, pada suhu 20oC: r 40% NaOH = 1,4300 kg/L
M2
Air segar sebagai pengencer
Larutan pekat: 20oC
M1: 40% NaOH Tangki M3
100 L/jam Pencampur Larutan encer 12% NaOH
Basis: 100 larutan pekat masuk.
Maka, massa larutan masuk = (1,43 ).(100 ) = 143
Neraca massa keseluruhan: M1 + M2 = M3 ……….(a)
Neraca massa untuk komponen NaOH:
NaOH masuk = NaOH keluar
M1.xNaOH,1 = M2.0 + M3.xNaOH,3 ……..(b)
Neraca komponen untuk air:
M1.xair,1 + M2.1 = M3.xair,3 ……..(c)
Dari persamaan (b) untuk NaOH:
143. 0,4 = 0 + 0,12 M3
M3 = 476,7
Dari persamaan (c) untuk air:
143. 0,6 + M2 = 476,7. 0,88
85,8 + M2 = 419,5
M2 = 333,7
8
Atau dengan menggunakan persamaaan (a) diperoleh:
M2 = (476,7-143) = 333,7 .
Rapat air = 1 , maka air segar yang dimasukkan sebesar 333,7 .
Jika aliran keluar dinyatakan dalam kecepatan volum, L/jam, dengan
persamaan (a) diperoleh:
M3 = 100 + 333,7 = 433,7
9
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
a. Neraca energi adalah persamaan matematis yang menyatakan hubungan
antara energi masuk dan energi keluar suatu sistem yang berdasarkan pada
satuan waktu operasi.
b. Sistem tertutup (Closed System) adalah sistem yang tidak berhubungan dan
tidak dipengaruhi oleh lingkungan luarnya. Sedangkan unsteady state adalah
Suatu sistem berada dalam keadaan tak tunak apabila keadaannya mengalami
perubahan terhadap waktu tertentu.
c. Dimana pada sistem tertutup akumulasi energi hanya berasal dari
perpindahan kalor dan transfer usaha saja. Perpindahan kalor terjadi apabila
ada perbedaan suhu antara sistem dan lingkungan dan juga antar muka
sistem dan lingkungan tidak bersifat adiabatik.
d. Pada keadaan tak tunak (unsteady) proses yang terjadi tergantung pada
waktu. Setiap saat ada perubahan baik pertumbuhan maupun pengurangan
bahan seiring dengan waktu yang berjalan.
e. Energi sistem dapat bertambah atau berkurang melalui cara berikut:
1. Energi yang terbawa dalam materi yang masuk atau keluar sistem.
2. Panas (Q) yang masuk atau keluar sistem melalui dinding sistem akibat
perbedaan tempertaur sistem dengan lingkungan.
3. Kerja (W) yang berpindah melalui dinding sistem
10
DAFTAR PUSTAKA
Berger, D.J. 2001. Thermodynamics System. Bluffton.
Moran, M.J., and H.N Shapiro. 2004. Fundamentals of Engineering
Thermodynamics, 5nd ed. New York : Wiley.
Smith, J.M., van Ness, H.C., and M.M. Abbott. 1996. Introduction to Chemical
Engineering Thermodynamics, 5th ed. New York : McGraw-Hill
Sudjito, S. B. 2014. Hukum Termodinamika I: Sistem Tertutup. Dalam Diktat
Termodinamika Dasar (hal. 19-28). Malang: Universitas Brawijaya.
Susanto H. 2014. Neraca Massa dan Energi Dalam Rangkaian Sistem Pemroses
Kimia. Bandung: Penerbit ITB
An Nurul Islamiati. (2016, 15 Januari). Termodinamika. Diakses pada tanggal 12
September 2019 dari www.academia.edu
Stefani Debby. (2017, 30 Mei). Neraca Massa Unsteady. Diakses pada tanggal 12
September 2019 dari www.scribd.com
Teknik Kimia Universitas Negeri Semarang. (Maret 2014). Pengenalan Neraca
Energi pada Proses Tanpa Reaksi. Diakses pada tanggal 12 September 2019
dari tekkim.unnes.ac.id
11
Download
Random flashcards
Rekening Agen Resmi De Nature Indonesia

9 Cards denaturerumahsehat

Tarbiyah

2 Cards oauth2_google_3524bbcd-25bd-4334-b775-0f11ad568091

English Training Melbourne

2 Cards Einstein College of Australia

Create flashcards