14/09/2011
Chemical Engineering Thermodynamics
Prepared by: by: Dr. NINIEK Fajar Puspita Puspita,, M.Eng August, 20 2011 11 2011Gs_II_Properties, Phase Equilibrium, Ideal Gas and EOS 1
Ch 2 - Properties of Pure Substances Lesson
Topics
Lesson 2A
Introduction Mendiskusikan senyawa murni dan fase-fase yang to Pure ada. Substances
Lesson 2B
P-V-T : Phases and Phase Diagrams
Mempelajari bagaimana parameter-parameter tekanan (P), temperatur (T) dan molar volume (Ṽ) saling terkait. Mempelajari diagram fase untuk membantu visualisasi guna memahami hubungan parameterparameter tersebut dengan lebih baik.
Lesson 2C
Obtaining Data From Tables
Mempresentasikan sifat termodinamik yang sangat penting, dan mempelajari bagaimana mencapai data dari tabel termodinamik.
Lesson 2D Phase Equilibrium 2
Descriptions
Mempelajari VLE_vapor liquid equilibrium dari senyawa murni dan kesetimbangan cairan terkait dengan evaporasi air dengan adanya udara.
1
14/09/2011
Ch 2 - Properties of Pure Substances Lesson
Topics
Descriptions Mempelajari berbagai difinisi dan istilah yang digunakan untuk mendiskripsikan Humidity, Evaporation, & Boiling.
Lesson 2E
Ideal Gas and Graphical Equations of State_EOS
Mempelajari EOS paling sederhana: Ideal Gas EOS Menentukan kesalahan terkait penyimpangan dari gas ideal. Mempelajari Graphical EOS yang menggunakan prinsip corresponding state & generalized compressible charts untuk mengevaluasi idealitas penyimpangan .
Lesson 2F
Other Equations of State_EOS
Mempelajari EOS lebih canggih, lebih teliti dari pada ideal gas EOS dan penggunaan komputer dari faktor kompresibilitas (Graphical EOS)
3
Pure Substances Difinisi
Penjelasan
What is a Pure Substance ?
is comprised of a single chemical element or compound. Terdiri dari elemen atau senyawa kimia tunggal.
When Can a Mixture be Treated as a Pure Substance ?
Combining two substances ... Mengkombinasikan 2 senyawa...
A Homogeneous (uniform) Mixture can often be treated as if it were a Pure Substance. Campuran homogen dapat diperlakukan seakan-akan ada senyawa murni.
A Heterogeneous (or non-uniform) Mixture cannot be treated as a Pure Substance. Campuran heterogen tidak dapat 4
diperlakukan seakan-akan seperti senyawa murni.
2
14/09/2011
When Can a Mixture be Treated as a Pure Substance ?
Mempertimbangkan campuran heterogen yang ditunjukkan di sini. Komposisi yang mendekati bagian atas vessel sangat berbeda dari komposisi yang berada pada badan dasar vesel. Oleh karena itu, sistem ini tidak dapat dipertimbangkan sebagai senyawa murni.
Apakah yang disebut dengan campuran homogen? Ini bukan campuran murni karena mengandung jenis molekul yang berbeda. Tetapi dapatkah ini diperlakukan sebagai senyawa murni, dengan cara apapun? Ya, kadangkadang dapat, karena campuran homogen atau uniform, dimana seluruh komposisi sama.
Sepanjang seluruh komposisi tetap konstan dan uniform, campuran ini dapat diperlakukan sebagai senyawa murni. Hal ini dapat disebut pseudocomponent.
Sebagai contoh udara terdiri dari sekitar 79 % molekul nitrogen dan 21 % molekul oxygen dan sering dipertimbangkan sebagai senyawa murni atau pseudocomponent.
Sebagai contoh reaksi kimia yang melibatkan hanya satu spesies didalam campuran, kemudian komposisi berubah. Karena sistem ini tidak benar untuk diperlakukan sebagai senyawa murni.
5
What Are Gas, Liquid and Solid Phases ? Fase Gas Phase, G
Definisi
Struktur molekul
Molekul-molekul bergerak secara random dengan 3 tipe gerakan yang berbeda: vibration, rotation dan translation. Molekul-molekul dipisahkan oleh jarak yang luas dan menempuh perjalanan panjang untuk saling bertubukran.
Liquid Phase, Molekul-molekul bergerak secara random dengan L 3 tipe gerakan tersebut tetapi jarak mereka dekat dan tidak dapat menempuh perjalanan sangat jauh untuk saling bertubrukan. Solid Phase, S
Atom-atom atau molekul-molekul mempunyai seluruh 3 tipe gerakan, tetapi mereka bersamasama sangat dekat. Mereka tidak dapat menempuh perjalanan jauh sama sekali sebelum bertubrukan. Setiap molekul bergerak didalam ruang sempit.
6
3
14/09/2011
What Are Gas, Liquid and Solid Phases ?
Apakah perbedaan G, L dan S? Perbedaan G, L dan S dapat dilihat dari sifat-sifat yang 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 keadaan bergerak, tetapi perbedaan tipe geraknya dikategorikan sebagai gerakan vibrational, 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 gerakan berputar.
Energi translasional yaitu energi kinetik didalam molekul karena mempunyai kecepatan linier.
Energi total yang disimpan didalam molekul dalam bentuk ini disebut ENERGI INTERNAL dan diberi simbol U untuk energi internal total dari suatu materi.
Temperatur yang lebih tinggi dari senyawa murni, mempunyai U yang lebih besar. 7
Perbedaan 3 fase pada skala molekuler ditunjukkan dengan jarak rata-rata diantara molekul.
Dalam fase G, molekul-molekul berjauhan, sementara dalam L dan G, molekulmolekul sangat dekat. Akibatnya G sering disebut fase terdispersi sementara L dan S disebut fase terkondensasi.
Molekule-molekul fase G mempunyai banyak energi vibrasional, rotasional dan translasional dan karena itu mempunyai U lebih tinggi dari pada saat molekulmolekul ada dalam fase L dan S.
Serupa dengan molekul-molekul dalam fase L cenderung mempunyai U lebih besar 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-molekul atau atom-atom nya masih dalam keadaan vibrate, rotate dan translate. Mereka cenderung untuk tetap dalam volume kecil diantara molekul-molekul atau atomatom yang berdekatan.
8
4
14/09/2011
Apa yang terjadi pada molekul-molekul dan atom-atom saat perubahan fase seperti boiling atau smelting terjadi?
Apa yang bisa dipikirkan tentang fase lain selain 3 fase yang telah ditunjukkan disini?
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 mereka fasenya berbeda secara menyeluruh dan sifat-sifat dan harga juga berbeda.
Diamond memperlihatkan 3 dimensi yang simetri sempurna dikelilingi masingmasing dan setiap atom karbon.
Graphite pada sisi yang lain mempunyai lembar-lembar (sheets) atom karbon dengan atom-atom karbon di lembar yang berdekatan berbaris langsung diatas dan dibawah satu sama lain.
Perbedaan yang sangat tajam pada strukturnya membuat seluruh perbedaan sifat dan juga harganya.
Graphite dan diamond adalah contoh fase yang berbeda! 9
Diamond Structure of Carbon
Graphite Structure of Carbon
10
5
14/09/2011
What if More Than One Phase is Present ? 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 mengandung senyawa murni? Baiklah, ini tergantung. Gas diatas air es mungkin menjadi uap air murni... Bukan udara. Dalam hal ini materi menjadi senyawa murni. Bagaimanapun, jika ada udara ditempat tersebut kemudian komposis fase gas tidak air murni seperti fase cair dan fase padat. Kemudian materi didalam wadah tersebut tidak dipertimbangkan menjadi senyawa murni. Sekarang pertimbangkan konsep fase berikut.
11
Multiple Phases Multiple Liquid Phases: Miscibility immiscible
Suatu sistem dapat mempunyai bermacam-macam fase cair saat senyawa tidak terlarut satu sama lain. Senyawa semacam ini disebut tidak dapat bercampur/immiscible immiscible. Misal, minyak tidak bercampur dengan air dan saat dicampur akan terbentuk 2 lapisan atau 2 fase.
miscible
Saat sistem mempunyai bermacam-macam komponen cair yang terlarut sempurna satu sama lain, mereka disebut mis miscible cible . Campuran yang dihasilkan dapat dipertimbangkan sebagai senyawa murni jika cairan berpartisipasi dalam reaksi kimia.
Alloy
Pencampuran besi dan karbon dibawah kondisi yang tepat akan menghasilkan campuran uniform yang disebut alloy, dalam kasus ini, yaitu baja/steel.
12
6
14/09/2011
Multiple Solid Phases
Dibawah lingkungan apapun, fase padat dapat menjadi campuran murni dan fase tunggal.
Steel/baja merupakan suatu campuran besi dan karbon yang dapat dipertimbangkan 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 cubic dan body-centered cubic. Ada banyak susunan geometris bahwa atom-atom dan molekul-molekul dapat menjadi padatan.
Faktanya, kristal yang uniform sulit untuk dibuat dan sebagian padatan disebut “amorphous solids.”
Susunan atom-atom dalam padatan memainkan peran penting dalam menentukan banyak sifat-sifat fisik, kimia dan mekanikal dari padatan.
13
Ada batasan berapa banyak karbon yang dapat dicampur agar supaya mencapai fase tunggal saat campuran dipadatkan.
Ada juga batasan berapa banyak besi yang ditambahkan pada karbon dan masih mencapai fase tunggal saat pencapuran memadat.
Saat besi dan karbon dicampur dalam rasio tertentu dan didinginkan (cooled atau quenched) dengan cara tertentu, satu tipe struktur terbentuk pada level molekuler. Ini merupakan tipe fase atau satu tipe baja.
Jika rasio dari karbon ke besi berubah atau cara dimana campuran tersebut diidnginkan, hasilnya mungkin menjadi tipe baja yang berbeda.Kedua komposisi dan struktur molekulernya mungkin menjadi berbeda.
Garis dasar merupakan benar-benar fase padat yang berbeda, dan hanya sebagai karbon dan graphite yang merupakan fase padat yang berbeda.
14
7
14/09/2011
Phase Equilibrium Perubahan dan kesetimbangan Fase Phase Changes
Phase Equilibrium
Principle Phases: solid (ice), liquid (water), and gas (water vapor).
Mempertimbangkan gelas air es yang ditempatkan didalam tempat yang etrisolasi secara sempurna. Pada awalnya es mulai meleleh dan air mulai menguap. Pada akhirnya, es mulai berhenti meleleh dan air mulai berhenti menguap. Sistem ini telah mencapai kesetimbangan fase.
15
Phase Equilibrium
Lihat apa yang terjadi saat kami menempatkan satu gelas air es kedalam tempat tertutup, 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. Masa cairan es akan juga menjadi konstan.
Jika tekanan 1 atm dan proses tersebut menjadi cukup lama, seluruh 3 fase mencapai 0oC.
Itu mencapai kesetimbangan fase.
kesetimbangan fase dikarakterisasi oleh temperatur yang sama ke seluruh sistem dan 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. 16
8
14/09/2011
Phase Changes in a Closed System State 1
State 2
T1 < T2
State 3
T2 = T3
T2 = 100oC, Pada titik didih 1 atm.
State 5
State 4 T3 = T4
Water Energi yang ditambahkan setelah seluruh air menguap, digunakan untuk menaikkan temperatur
T5 = T4
Seluruh Energi yang ditambahkan digunakan untuk menggerakkan molekul air dari fase cair ke fase uap.
17
Phase Changes in a Closed System
Sistem yang ditunjukkan disini yaitu suatu silinder yang berisi air dengan tertutup piston. Tidak ada udara didalam silinder.
Beban yang ditunjukkan diatas piston hanya mengingatkan kita bahwa atmosfir disekitarnya menekan piston kebawah.
Untuk persoalan ini, digunakan special mass-less piston. Hasilnya, tekanan pada air 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, titik didih 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 molekulmolekul 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 lagi mulai naik.
Materi berikut akan membahas tentang proses tesebut lebih detail. 18
9
14/09/2011
Lesson Summary 2A 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 ide campuran heterogen kadang dapat dipertimbangkan menjadi pseudo-component dan dinyatakan seperti senyawa murni. Faktanya bahwa bermacam-macam fase yang ada tidak terpengaruh apakah senyawa tersebut murni atau tidak.
Mendiskusikan sifat alami dari fase-fase, dan perbedaan fase G, L dan S. Kemudian memperkenalkan konsep energi vibrasional, rotasional and translasional. Sebelumnya yang dikenal adalah 3 fase, S,L, dan G. Tetapi pada kesempatan ini banyak macam fase padat diperkenalkan, seperti diamond dan graphite, dan juga bermacam-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 dapat dalam keadaan kesetimbangan satu sama lain. Salah satu kesetimbangannya yaitu vapor--liquid equilirium (VLE) vapor (VLE).
Pelajaran berikut, mempelajari hubungan antara P, V dan T. 19
Cara penetapan sifat termodinamik senyawa murni
Sifat termodinamika senyawa murni dapat ditetapkan melalui: DIAGRAM FASE (PHASE DIAGRAM) TABEL UAP (STEAM TABLE) PERHITUNGAN SECARA ONLINE (ONLINE CALCULATION)
20
10
14/09/2011
What is a Phase Diagram ? Diagram fase menggambarkan bagaimana fase-fase primer (solid, liquid, gas) dari suatu senyawa berubah, disebabkan oleh perubahan tekanan, volume dan temperatur sistem. Diagram fase dikonstruksi dengan cara menggambar fungsi sebagai berikut:
1. Temperature as a function of the molar volume (T T-Ṽ)
T Ṽ
2. Pressure as a function of the molar volume (P P-Ṽ)
P Ṽ
3. Pressure as a function of temperature (P P-T)
P
Molar volume = Ṽ = Volume/mole (V/n) Specific volume = Ṿ = Volume/unit mass (V/m)
T
21
What is a Phase Diagram ?
Diagram fase menunjukkan kepada kita bahwa fase dimana material ada pada keadaan yang diberikan.
Memberikan sejumlah informasi tentang pendidihan, pelelehan, dan perubahanperubahan fase yang lain.
Diagram fase dapat membantu memahami lebih dalam fase-fase dan perubahanperubahan fase.
Pada bab ini hanya membahas diagram fase untuk senyawa murni.
Ada sejumlah besar tipe diagram fase yang berbeda, tetapi disini akan dimulai dengan ke 3 besar yaitu: diagram T- Ṽ, P- Ṽ dan P-T, yang telah dikenal dengan konsep temperature, tekanan dan volume.
Ṽ yang dimaksud volume MOLAR, yaitu volume per mol atau hanya volume total sistem dibagi dengan jumlah mol didalam sistem.
Volume spesifik direpresentasikan dengan V, yaitu volume per satuan masa sistem. 22
11
14/09/2011
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, maka beberapa air akan menjadi fase yang berbeda.... Fase G.!
Hal ini karena fase tergantung pada ukuran sistem!
Sehingga penggunaan volume molar dan volume spesifik termasuk volume total, agar terbentuk diagram fase tunggal yang dapat digunakan terlepas dari ukuran sistem.
23
Key Terms Associated with Phase Diagrams Fase
Penjelasan
Contoh
Subcooled Liquid
Cairan berada pada temperatur dibawah titik didihnya ( T< Tsat ) untuk tekanan yang diberikan.
Penambahan sedikit energi pada air (80oC; 1 atm) tidak akan menyebabkan cairan menguap tetapi hanya dapat menaikkan T.
Saturated Liquid
Cairan tepat pada temperatur (Tsat ) yang mana cairan tersebut akan mendidih pada tekanan yang diberikan ( P = P* ).
Penambahan energi berapapun pada air (100oC; 1 atm) menyebabkan cairan menguap, tetapi dapat menaikkan T.
Saturated Mixture :
Campuran dari cair jenuh dan uap jenuh dalam keadaan kesetimbangan. Temperatur merupakan temperatur jenuh, Tsat , dan tekanan disebut tekanan uap P*= P.
Cairan dan uap dalam keadaan kesetimbangan (100oC; 1 atm). Pengambilan sedikit energi menyebabkan uap terkondensasi, tetapi T tidak turun. Penambahan sedikit energi cairan menguap, tetapi T tidak naik.
24
12
14/09/2011
More Key Terms Associated with Phase Diagrams Fase
Penjelasan
Contoh
Saturated Vapor :
Uap pada temperatur tepat jenuh ( Tsat ), dimana uap akan terkondensasi pada tekanan yang ada( P = P* ).
Pengambilan sedikit energi pada uap air (100oC; 1 atm) menyebabkan sejumlah uap terkondensasi, tetapi T tidak berubah.
Superheated Vapor:
Uap pada temperatur diatas titik didihnya ( T > Tsat ) untuk tekanan yang ada.
Pengambilan sedikit energi pada uap air (110oC; 1 atm) tidak menyebabkan sejumlah uap berapapun terkondensasi, tetapi T turun.
25
Key Terms Associated with Phase Diagrams
Memulai fokus pada vapor-liquid equilibrium, VLE. Konsep saturasi merupakan kunci 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 agar supaya air dapat mendidih pada 80oC.
Tekanan uap air pada 110oC lebih besar dari 1 atm. Ini berarti bahwa air pada 110oC akan mendidih hampir jika tekanan lebih besar dari pada 1 atm.
Apa yang disebut dengan saturasi/jenuh...? Cairan jenuh merupakan cairan yang mana pada temperatur jenuh atau titik didih yang merespon tekanan yang ada. 26
13
14/09/2011
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 tetap konstan, beberapa cairan mendidih atau menguap dan menghasilkan fase uap.
Bagian dingin merupakan temperatur yang tidak berubah. Cairan dan uap keduanya 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 yang ada. Jika diambil sedikit energi pada uap jenuh, dan menjaga tekanan konstan, beberapa uap akan mengembun dan menghasilkan fase cair. Fase ini akan menjadi cair jenuh. Uap dan cairan jenuh adalah fase yang ada atau paling tidak dapat berada 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 disebut cairan subcooled karena ada pada T dibawah Tsat untuk tekanan tersebut. 27
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 yang merepresentasikan cair jenuh. Setiap titik pada kurva cair jenuh sesuai dengan tekanan yang berbeda dan Tsat yang terkait dengannya.
Similar dengan kurva uap jenuh yaitu kumpulan seluruh titik yang merepresentasikan uap jenuh.
Titik kritis adalah khusus. Titik kritis merupakan titik dimana kurva cair jenuh dan kurva uap jenuh bertemu. Ini dapat dikatakan bahwa cair jenuh dan uap jenuh yaitu satu dan sama. Mereka memiliki sifat-sifat identik. Ini kelihatannya janggal, cair dan uap mempunyai sifat-sifat yang sama.
Mendiskusikan titik kritis lebih menyeluruh saat kami mempertimbangkan diagram fase P-T.
Memperkenalkan konsep kualitas. Saat campuran uap jenuh dan cair jenuh, kualitas digunakan untuk mengukur masa relatif dari tiap fase. 28
14
14/09/2011
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 melihat bagaimana keadaan yang berbeda terlihat pada diagram T-V.
29
Key Terms Associated with Phase Diagrams Penjelasan
Contoh
Saturated Liquid Curve : Kurva dimana hanya ada cairan jenuh. Saturated Vapor Curve : Kurva dimana hanya ada uap jenuh. Critical Point :
Titik dimana kurva cair jenuh dan uap jenuh bertemu. Pada titik kritis, fase cair jenuh dan uap jenuh sama. • Diatas Tc, fase uap tidak terkondensasi menjadi cairan tidak peduli berapapun kenaikan P. • Diatas Pc, fase cair tidak mendidih menjadi uap tidak peduli berapapun kenaikan T. -Pada saat T diatas Tc dan P diatas Pc, cairan disebut supercritical fluid. fluid
Quality x :
Dalam campuran uap jenuh dan cair jenuh, kualitas merupakan fraksi dari masa total yang berada didalam fase uap. Ada kualitas yang sangat penting karena uap dan cairan secara dramatis mempunyai sifat-sifat termodinamis yang berbeda.
mtotal = mliquid + mvapor 30
15
14/09/2011
Building a TT-V Phase Diagram A description of that state. Point 1_Sistem 1_ pada 20oC, Karena T < Tsat, subcooled liquid
5
Point 2_Sistem 2_ pada T =Tsat, Saturation temperature_T jenuh dan kualitas x = 0 Point 3_ 3_Kualitas x naik dari 0, tetapi temperatur tetap konstan.
2
3
4
1
Point 4_ 4_uap jenuh. Seluruh air dalam fase uap, sehingga kualitas x = 1 dan temperatur masih jenuh pada Tsat. Point 5_Penambahan 5_ energi pada uap jenuh, membuat temperatur mulai naik, tetapi kualitas tidak terdefinisikan. 31
Building a T-V Phase Diagram
Pada diagram T-V tersebut, kita mempertimbangkan air pada tekanan 1 atm. Kurva yang diplot disebut isobar … karena lintasannya berada pada tekanan 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 meningkat sementara tekanan tetap konstan, dan penambahan energi hingga mencapai point 2 yaitu mencapai temperatur 100oC.
Pada point 2, T = Tsat dan ini merupakaan keadaan cair jenuh. Karena fraksi masa air yaitu fase uap = 0, maka kualitas x cair jenuh juga 0 (zero).
Jika penambahan energi pada sistem ini diteruskan, gelembung-gelembung kecil dari 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 pada Tsat.
32
16
14/09/2011
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 dan sistem 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 suatu tekanan (P=1 atm), sedangkan berikut akan didiskusikan tentang diagram fase isobars pada berbagai tekanan.
33
Two--Phase Envelope on a TTwo T-V Phase Diagram A description of that state. Kurva no. 1_kurva 1_kurva isotermal 2 fase (a (a-b) pada lintasan tekanan konstan P1 Kurva no. 2_kurva 2_kurva isotermal 2 fase (c (c-d) pada lintasan tekanan konstan P2 Kurva dari Point 3 ke 5_cair 5_cair jenuh Kurva dari Point 4 ke 5_uap 5_uap jenuh Point 5_titik 5_titik kritis yaitu pertemuan kurva cair jenuh dan uap jenuh
1
5 Tcr. b d
3
2
a c
4
Isotermal
yang melewati titik kritis disebut isotermal kritis dan direpresentasikan dengan simbol Tcr. 34
17
14/09/2011
Saat mendiskusikan diagram T-V, apa yang terjadi saat temperatur lebih besar dari 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-T pada halaman-halaman berikut.
Dalam diagram P-V, diekspansikan jarak dari tekanan dan volume untuk memasukkan daerah dimana padatan itu berada. Daerah ini ada dalam diagram T-V juga, tetapi ide-ide ini akan diuraikan berikut ini.
Diagram P-V mewakili senyawa yang mana padatan mempunyai volume molar lebih kecil. Ini berarti padatan lebih rapat dari pada cairan. Beberapa senyawa tidak mengikuti kecenderungan ini. Air adalah suatu contoh yang sangat umum dari fluida yang mana padatannya kurang rapat dari pada cairan, yaitu pada dasarnya es mengapung. Konsep kesetimbangan padat-uap kemungkinan baru bagi yang baru mengenal thermodinamika. Berikut akan menjelaskan hal tersebut. 35
P-V Phase Diagram A description of that state.
4 A
Kurva no. 1_kurva 1_kurva isotermal pada lintasan tekanan konstan P1 P* Kurva dari Point 2 ke 4_cair 4_cair jenuh Kurva dari Point 3 ke 4_uap 4_uap jenuh Point 4_titik 4_titik kritis Kurva Point 4 ke 5_temperatur 5_ isotermal kritis (Tc) Point 6_isotermal 6 super kritis
Tc
6 5
B1
2
B2
1
C3
Kurva
pada diagram P-V merupakan kurva isotermal yang mewakili alur dari temperatur konstan. Kurva
isotermal pada diagram P-V tidak berjalan dengan arah yang sama seperti isobar pada diagram T-V. 36
18
14/09/2011
Penjelasan Diagram PP-V
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 volume molar harus turun. Sehingga arah isotermal dapat ditunjukkan pada diagram.
Silahkan mulai dari posisi silinder piston berisi cairan pada TH di titik A dan tekanan sangat tinggi, kemudian piston ditarik / diekspansikan agar tekanan turun secara isotermal.
Pada akhirnya mencapai tekanan tepat sama dengan tekanan uap fluida pada TH di titik B1 berarti bahwa cairan didalam silinder sekarang cair jenuh dan kemudian jika ditambah energi pada tekanan tetap konstan sampai terbentuk gelembung-gelembung halus uap. Uap ini merupakan uap jenuh yang berada dalam keadaan kesetimbangan dengan cair jenuh di titik B2 dan ada pada temperatur yang sama, TH dan tekanan P* (TH), tetapi mempunyai volume molar lebih besar.
37 37
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 mempunyai volume molar lebih kecil dari pada cairan. Ini berarti padatan lebih rapat dari pada cairan. Suatu senyawa tidak mengikuti kecenderungan ini, sebagai contoh yaitu air, yang mana padatan air kurang rapat sehingga air dalam bentuk padat malah mengapung. Konsep kesetimbangan uap padat kemungkinan menjadi hal baru bagi mahasiswa.
38
19
14/09/2011
Soal: Jelaskan diagram P-V berikut ini!
39
Key Ke y Terms to Describe the PP-T Phase Diagram Diagram fase
Penjelasan
Vaporization :
Proses dimana cairan berubah menjadi fase uap. Proses ini juga disebut pendidihan. Proses sebaliknya disebut kondensasi, dimana terjadi perubahan dari fase uap ke cair.
Melting :
Proses dimana fase padat berubah menjadi cair. Proses sebaliknya disebut pembekuan atau fusi.
Sublimation :
Proses dimana padatan menguap secara langsung tanpa melalui pencairan terlebih dahulu. Proses sebaliknya disebut desublimasi.
Critical Point :
Titik dimana kurva cair jenuh dan kurva uap jenuh bertemu. Pada titik kritis ini, fase cair jenuh sama dengan fase uap jenuh.
Triple Point :
Titik dimana fase padatan, cairan dan uap seluruhnya ada dalam kesetimbangan. Seluruh dari tiga proses ini dapat terjadi. Untuk setiap proses pada kesetimbangan, maka kecepatan searah sama dengan kecepatan sebaliknya.
40
20
14/09/2011
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 keadaan kesetimbangan 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 dan kecepatan dari proses searah tepat sama dengan kecepatan proses-proses sebaliknya. 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 pada berikut.
41halaman
42
21
14/09/2011
P-T Diagram for a Substance That Expands on Freezing Sekarang pertimbangkan suatu SENYAWA YANG terekspansi saat membeku titik pada kurva fusi yang terletak diantara daerah padat dan daerah cair. Jika tekanan dinaikkan pada campuran es-air sementara temperatur dijaga konstan, apa yang terjadi? Keadaan sistem yang bergerak dari arah kurva fusi dan masuk ke daerah cairan. Hal itu dapat dikatakan es meleleh. Oleh karena itu, air mempunyai densitas lebih besar dari pada es yang ada dalam keadaan kesetimbangan. Es mengapung dan kurva fusi pada diagram P-T untuk air mempunyai slope negatif.
43
P-T Diagram for a Substance That Expands on Freezing
Ada 2 materi yang berbeda, dimana yang satu terekspansi saat membeku sedangkan yang lain kontraksi saat membeku.
Saat ekspansi, fase padat mempunyai volume molar lebih besar dari pada cairan 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 keadaan kesetimbangan masing-masing cair-uap ; padat-cair ; padat-uap.
Triple point merupakan titik yang mana ke 3 kurva kesetimbangan saling bertemu. Seluruh dari 3 fase ada dalam keadaan kesetimbangan.
44 44
22
14/09/2011
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 uap jenuh 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-kadang disebut compressed liquids. Compresses liquids merupakan cairan yang ada pada tekanan diatas tekanan uapnya pada temperatur yang ada.
45 45
Apa yang terjadi pada volume sistem sebagaimana tekanan dinaikkan dan temperatur tetap konstan? Volume dan volume molar keduanya turun. Volume molar yang lebih kecil sesuai dengan densitas yang lebih besar.
subcooled liquid P
T
46
23
14/09/2011
Kurva kesetimbangan ke 3 yaitu kurva sublimasi yang mewakili koleksi temperatur dan tekanan pada uap dan padatan yang ada dalam keadaan kesetimbangan.
Apa yang terjadi diluar titik kritis pada diagram ini, dan juga 2 diagram sebelumnya.
Pertimbangkan suatu proses yang mulai dengan cair jenuh, kemudian mengalami 4 langkah berikut: 1. Tekanan dinaikkan diatas tekanan kritis .... Keadaan bergerak lurus keatas. P 2. Temperatur kemudian dinaikkan diatas temperatur kritis... Keadaan bergerak secara horizontal ke arah kanan. Fluida tidak lagi cair, tetapi fluida superkritis. 3. Tekanan sekarang dikurangi kembali ke temperatur jenuh.... Keadaan bergerak lurus kebawah dan sekarang menajdi uap lewat jenuh. 4. Pada akhirnya temperatur dikurangi kembali ke temperatur jenuh... Keadaan bergeark secara horizontal ke kiri. Uap sekali lagi menjadi uap jenuh.
T
47 47
Apa yang terjadi ? Jika fluida ditransformasikan dari cair jenuh menjadi uap jenuh tanpa melalui pendidihan!
Ingat bahwa penguapan dan kondensasi hanya terjadi sepanjang kurva merah yang menghubungkan triple point dan titik kritis.
Sekarang lihat pada diagram P-T berikut untuk kasus yang lebih umum yang mana senyawa terkontraksi selama pembekuan.
48
24
14/09/2011
P-T Diagram for Substance That Contracts on Freezing SENYAWA YANG KONTRAKSI saat membeku
Point kunci yaitu bahwa kurva pembekuan mempunyai slope positif.
Jika tekanan dinaikkan pada temperatur konstan pada campuran cair-padat, maka cairan akan membeku. Ini menunjukkan bahwa padatan lebih rapat dari pada cairan.
Senyawa dengan kurva fusi yang mempunyai slope positif juga mempunyai padatan yang lebih rapat dari pada cairannya pada T dan P yang sama. 49
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
25
14/09/2011
Diagram fase P-T untuk H2O
51
http://www.aerospaceweb.org/question/astronomy/q0230.shtml
Diagram fase P-Ṽ untuk H2O PC= 22 MPa
52
TC= 374 oC
http://www.ohio.edu/mechanical/thermo/Intro/Chapt.1_6/Chapter2a.html
26
14/09/2011
Diagram fase T-Ṽ untuk H2O
P=100kPa
5
1
2
3
4
5
2 4
3 1
53
http://www.ohio.edu/mechanical/thermo/Intro/Chapt.1_6/Chapter2a.html
Diagram fase T-Ṽ untuk H2O
P=100kPa
5
2
3
4
1
54
http://www.ohio.edu/mechanical/thermo/Intro/Chapt.1_6/Chapter2a.html
27
14/09/2011
Lesson Summary 2B 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 kritis untuk membentuk diagram 2 fase pada T-V dan P-V.
Mendifinisikan fluida superkritis dan mendiskusikan kesetimbangan padat-cair dan kesetimbangan padat-uap yang direpresentasikan pada diagram P-V.
Diagram P-T terlihat cukup berbeda dari 2 diagram fase yang lain. Pada diagram ini diperkenalkan gagasan sublimasi-desublimasi, melting-fusion, vaporizationcondensation dan sifat dinamik dari kesetimbangan fase.
Mendiskripsikan triple point dan senyawa yang berkontraksi pada fusi dengan senyawa yang terekspansi pada fusi. Air merupakan contoh senyawa yang terekspansi saat membeku.
Pada pelajaran berikut, akan dipelajari bagaimana mencapai data P-V-T dari tabel. 55
How to Obtain Data From Tables
Pada pelajaran sebelumnya, didiskusikan hubungan anatar P, T dan V serta memahami sifat fase dan perubahan-perubahan fase dengan mempelajari diagram fase.
Pada bab berikut P, T, V dan sifat-sifat yang lain ditentukan dari tabel data 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
Refrigerant (Ammonia)
Saturated steam (Ref 1 hal 999)
56
28
14/09/2011
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 lain dievaluasi pada nilai tekanan. (Referensi learnthermo.com) On_line calculation Menggunakan persamaan interpolasi dan double interpolasi untuk mencapai data termodinamik yang tidak tersedia di tabel. 57
Temperature and Pressure Saturation Tables
Tabel T jenuh dan P jenuh dapat disusun dalam 2 cara yang berbeda: Saturation Temperature Table
Tabel ditetapkan pada interval T dan bermanfaat saat T diketahui.
Saturation Pressure Table
Tabel ditetapkan pada interval P dan bermanfaat saat P diketahui.
58
29
14/09/2011
Smith VanNess hal 666
Steam Table_sifat _sifat--sifat uap jenuh (Saturated (Saturated steam) steam)
59
Geankoplish Appendix A.2-9 hal 857
Steam Table_sifat sifat--sifat uap jenuh (Saturated (Saturated steam) steam)
60 60
Ref. 3
30
14/09/2011
Steam Table_sifat sifat--sifat uap lewat jenuh (English Unit) Smith VanNess hal 672
Saturated vapor Saturated liquid
Pressure (20 kPa) Temperature (333.24oK)/ (60.09oC)
V = specific volume cm3/g U = specific internal energy kJ.kg H = specific enthalpy kJ.kg S = specific entropy kJ/(kg.oK)
61
Geankoplish Appendix A.2-10 hal 860
Steam Table_sifat sifat--sifat uap lewat jenuh (SI Unit)
62 62
Ref. 3
31
14/09/2011
Geankoplish Appendix A.2-10 hal 861
Steam Table_sifat _sifat--sifat uap lewat jenuh (English Unit)
63
Ref. 3
Obtaining Data From a Tsat Table Jika sistem berada pada temperatur jenuh 50oC, maka berapa tekanan sistem tersebut? Langkah pertama yaitu menemukan temperatur 50oC pada kolom temperatur jenuh (saturation temperature) pada tabel disebelah ini. Pada temperatur tersebut, dapat ditentukan tekanan jenuhnya yaitu 0.012353 MPa atau 12.353 kPa. Jika kualitas 100% berarti pada posisi uap jenuh, maka volume spesifik (specific volume) sebesar 12.027 m3/kg. Jika kualitas 0%, berarti pada posisi cair jenuh, maka specific volume sebesar 0.0010121 m3/kg 64
32
14/09/2011
Obtaining Data From a Tsat Table Untuk mencapai data dari tabel temperatur jenuh (Tsat), jika sistem air jenuh berada pada tekanan jenuh 0.01 Mpa, maka berapa temperatur sistem tersebut? Langkah pertama yaitu menetapkan tekanan 0.01 MPa pada kolom tekanan jenuh, dimana tekanan 0.01 MPa berada diantara 45oC dan 50oC. Dari tabel tersebut tidak tersedia data langsung untuk tekanan 0.01 Mpa, sehingga untuk mencapai temperaturnya maka perlu dilakukan interpolasi dari tabel tekanan tersebut. 65
Obtaining Data From a Psat Table Untuk mencapai data dari tabel tekanan jenuh (Psat), jika sistem air jenuh berada pada 0.01 Mpa, berapa temperatur sistem tersebut? Langkah pertama yaitu menetapkan 0.01 MPa pada kolom tekanan jenuh di tabel sebelah kanan. Dari tabel tersebut dapat ditentukan secara langsung berapa temperatur jenuhnya, yaitu 45.806oC.
66
Jika kualitas 100%, maka specific volume sebesar 14.67 m3/kg. Jika kualitas 0%, maka specific volume sebesar 0.0010103 m3/kg.
33
14/09/2011
How to Determine Values That Are Not On the Table Berapa P jenuh air pada T jenuh = 33oC? T jenuh yang tersedia dalam tabel yaitu data pada T = 30oC dan 35oC, maka untuk mencapai 33oC perlu interpolasi dari 2 data yang tersedia.
Interpolation is the process of estimating values of variables that lie between data points such as those listed in this table.
67
How to Perform a Linear Interpolation y yaitu variabel yang tergantung (dependent variable) variable), mewakili Psat. x yaitu variabel tdk tergantung (independent variable) variable), mewakili, Tsat. Point 1 (x1, y1) dan Point 2 (x2, y2) mewakili data yang diketahui dari tabel. x? yaitu nilai yang dikenal sebagai independent variable yang berada diantara x1 dan x2. y? yaitu nilai yang dikenal sebagai dependent variable yang harus terletak diantara y1 and y2. x
y
x1
y1
x? (known)
y? (unknown)
x2
y2
Psat. =y?
Tsat
=
x?
68
34
14/09/2011
Determining the Value of the Unknown Anggap hubungan diantara x dan y sebagai fungsi linier: y = m x + b Dimana: m yaitu slope dan b yaitu y-intercept. Dianggap seluruh dari ketiga titik terletak pada satu garis (linier) Oleh karena itu : (1) y1 = m x1 + b -------> (1) (2) y? = m x? + b -------> (2) (3) y2 = m x2 + b -------> (3)
y?
y = mx + b
Ketiga persamaan tersebut diatas mudah diselesaikan karena, ada 3 persamaan dan 3 bilangan yang tidak diketahui.
x?
69 69
Dermining the Interpolation Equation Tentukan slope, m, dan intercept, b, dari persamaan (1) dan (3): (1) y1 = m.x1 + b (3) y2 = m.x2 + b _ y2 – y1 = m (x2(x2-x1)
Selesaikan
Substitusi m ke persamaan (1)
Selesaikan
y?
y = mx + b
x? 70 70
35
14/09/2011
Using the Interpolation Equation
Now we can answer the question: What is the saturation pressure of water at 33oC?
71
x
y
30
0.004247
33
y?
35
0.005629
Substituting the values into the interpolation equation, we get: Psat = 0.005076 MPa
Example #1
Tentukan Specific Volume dari campuran (uap-cair) jenuh untuk kondisi 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
72
36
14/09/2011
a.) Water at 200°C and 80% quality Tabel uap jenuh H2O
Vsaturated liquid = 1.156 cm3/g x = 0 Vsaturated vapor= 127.2 cm3/g x = 1
x = 0.8 berapa v?
x = 0.8 v=? v = (1-x) Vsaturated liquid + x Vsaturated vapor v = (1-0.8) (1.156) + 0.8 (127.2) = 101.76 cm3/g
V = specific volume cm3/g = 10-3 m3/kg U = specific internal energy kJ.kg H = specific enthalpy kJ.kg S = specific entropy kJ/(kg.oK)
73
b.) Freon 12 at -60°C and 90% quality 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 volume determined 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)
74
http://www.engineeringtoolbox.com/freon-d_972.html
37
14/09/2011
Tabel sifat fisis Freon 12
75
http://www.engineeringtoolbox.com/freon-d_972.html
Tabel sifat fisis Freon 12
76
http://www.engineeringtoolbox.com/freon-d_972.html
38
14/09/2011
P-H Diagram fase Freon 12
Critical Pressure, 4.14 Mpa = 4.14 MN/m2
Abs Pressure MN/m2
Mpa=megapascal= Mega Newton/meter2
77
0 oC
- 50 oC
0 oC - 50 oC
http://www.docstoc.com/docs/ 16751186/Pressure-enthalpydiagram-for-Freon-12
Specific Enthalpy kJ/kg
78
39
Abs Pressure MN/m2
14/09/2011
- 60oC
Specific Enthalpy kJ/kg
79
c.) Ammonia at 500 kPa and 85% quality
Tables : yang tersedia di Referensi http://www.ntu.edu.sg/home/msclow/MP2010.html Ammonia - Saturated and Super Heated Tables Methane - Saturated and Super Heated Tables Air properties - Enthalpy and Internal Energy Cv and Cp of air Cv and Cp of other gases 80
40
14/09/2011
Obtaining Data from the Sub_ Sub_cooled Liquid Tables
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 given pressure.
The first column in a sub_cooled table is the temperature and each row in the table lists the values of the thermodynamic properties of the substance at that temperature.
P = constant
Normally, there would be columns for additional properties
81
Obtaining Data from the Sub_ Sub_cooled Liquid Tables
At constant pressure
In this lesson, we will once again focus on properties that you already understand: P, T and Ṽ 82
41
14/09/2011
Determining the Specific Volume of Sub_ Sub_cooled Water P = 5 MPa
Consider a system in which sub_cooled water exists at 5 MPa and 200oC. What is the specific volume of the system? The first step is to find a sub_cooled water table at 5 MPa. Then you can find the temperature of interest, T = 200oC. The corresponding specific volume is 0.0011531 m3/kg. 83
P's At Which We Do Not Have a Subcooled Table What is the specific volume of water at 6 MPa and 200oC? We have learned how to interpolate between two entries on the same table. But here we need to interpolate between two tables. x
y
5
0.0011531
6
y?
7.5
0.0011506
P = 5 MPa
P = 7.5 MPa
Ṽ = 0.0011521 m3/kg 84
42
14/09/2011
Obtaining Data from Superheated Tables Superheated vapors: yaitu uap-uap yang berada pada temperatur diatas Tsat. Data termodinamik untuk uap lewat jenuh (superheated vapors) disusun pada tabel superheated. Setiap tabel superheated dikaitkan dengan tekanan konstan yang diberikan dan menunjukkan sifat-sifat yang dievaluasi pada berbagai temperatur diatas nilai Tsat. Pada saturation table ada sifat-sifat untuk cair jenuh (saturated liquid) maupun uap jenuh (saturated vapor). Tetapi, tabel lewat jenuh (superheated table) hanya mengandung sifat-sifat untuk uap lewat jenuh (superheated vapor). Ada kolom sifat-sifat yang ditambahkan seperti Û (energi dalam_internal energy) dan Ȟ (entalpi).
85
Determining the Specific Volume of Superheated Water P = 0.01 MPa Consider a system in which superheated water exists at water exists at 0.01 MPa and 600oC. What is the specific volume of the system? The first step is to find a superheated water table at 0.01 MPa MPa. Then you can find the temperature of interest, T = 600oC. The corresponding specific volume is 40.296 m3/kg
86
43
14/09/2011
The Basics of Double Interpolation What is the specific volume of water at 0.02 MPa and 625oC ?
P = 0.01 MPa
P = 0.05 MPa
But 625oC is not on either of the 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 double interpolation between the two tables 87
Performing a Double Linear Interpolation P (MPa) We know the values at: (0.01 MPa, 600oC) (0.01 MPa, 650oC) (0.05 MPa, 600oC) (0.05 MPa, 650oC)
T (oC)
When we perform the double interpolation we obtain:: Ṽ = 33.159 m3/kg
Notice that when doing a double interpolation we actually do three interpolations. interpolations Notice also that there is more than one order of interpolation 88
44
14/09/2011
Online Calculation_Steam Tables
89 89
http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-tables.asp
Sub Saturated Water Region - Steam Table
90 90
http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-tables.asp
45
14/09/2011
Sub Saturated Water Region - Steam Table
http://www.spiraxsarco.com/resources/s team-tables.asp
91
http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-tables.asp
92
http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-tables.asp
46
14/09/2011
Saturated Water Line - Steam Table
93
http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-tables.asp
Saturated Water Region - Steam Table
94
http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-tables.asp
47
14/09/2011
Steam Tables Online
Thermodynamic Calculators Online CO2 Tables Calculator properties of carbon dioxide NH3 Tables Calculator properties of ammonia Psychrometric Calculator - properties of moist air 95
http://www.steamtablesonline.com/
96
http://www.steamtablesonline.com/
48
14/09/2011
Lesson Summary 2C
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 penerapan sifat-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 mengetahui temperatur jenuh dan menggunakan Saturation Pressure Table saat mengetahui tekanan jenuh. 97
Lesson Summary 2C
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 dan mendemonstrasikan contoh-contoh perhitungan sifat-sifat campuran pada tekanan atau temperatur jenuh.
Menetapkan nilai sifat-sifat zat dengan double interpolation untuk mencapai data dari tabel Sub_cooled Liquid Tables dan Superheated Vapor Tables.
98
49
14/09/2011
Vapor--Liquid Equilibrium of a Pure Substance Vapor
Measures Total Pressure, Ptotal Gas Phase
Measures Vapor Phase Mole Fraction, yi = 1 Liquid Phase
VLE_vapor liquid equilibrium (Kesetimbangan uap-cair) 99
Vapor-Liquid Equilibrium of a Pure Substance
Pada lesson ini akan dipelajari VLE_vapor liquid equilibrium (kesetimbangan uapcair) lebih ditail dan mendifinisikan variabel baru serta memformulasikan suatu persamaan yang akan membantu untuk mendiskripsikan cara, dimana T dan P berinteraksi saat uap dan cairan berada pada kesetimbangan.
Pertimbangan vessel pada halaman sebelumnya yang berisi air dalam keadaan kesetimbangan 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 dan juga temperatur yang sama.
Mendifinisikan variabel baru yang penting yaitu: tekanan partial (partial pressure).
Berikut akan mempelajari bagaimana tekanan parsial bekerja dan bagaimana ini dapat diinterpretasikan pada sistem yang berisi air murni. 100
50
14/09/2011
Partial Pressure & Vapor Pressure Partial Pressure (Pi )
The FRACTION of the total pressure in a gas phase due to the presence of one particular substance
Pada campuran suatu GAS IDEAL :
Ptotal V = ntotal R T Pi 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
(P Pi .yi)= = Ptotal
Jika sistem memuat senyawa murni pada kesetimbangan, tekanan uap dari species i, yaitu P*(Tsat), sama dengan tekanan total dan oleh karena itu : P=P = P* i
total
101
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 dari spesies i.
Pada siste, air murni, tekanan parsial air = tekanan total. Fraksi mol air pada fase uap yaitu 1, dan ini menunjukkan tidak ada udara. Jika ada udara, fraksi mol air pada fase gas menjadi kurang dari satu.
Jika ada senyawa murni pada kesetimbangan VLE, berapa temperatur sistem ini? 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? 102
51
14/09/2011
VLE for a Single Condensable Species
Non--Condensable species j, Non (Warna merah)
Measures Total Pressure, Ptotal Measures Vapor Phase Mole Fraction, yi
Condensable species i , (Warna biru)
Measures Temperature, T
103
VLE Equations for a Single Condensable Species Recall, from page 2, the equation that defines the partial pressure and apply it to each species in the gas phase. Campuran Gas Ideal: Ideal:
Ptotal V = ntotal R T Pi V = ni R T Pi = (yi) (Ptotal) Dimana : Pi = tekanan parsial dari species i ni = fraksi mol fase uap dari species i Ptotal = tekanan total pada sistem
2 species, Cairan dan non-non condensable gas 104
Pi = (yi) (Ptotal) ; Pi & Pj = tekanan parsial dari species i &j Pj = (yj) (Ptotal) ; yi & yj = fraksi mol fase uap dari species i (condensable) & j (non condensable) yi + yj = 1 Pi + Pj = Ptotal
52
14/09/2011
The VaporVapor-Liquid Interface at Equilibrium Partial Pressure Pi
Gas Phase
Vapor - Liquid Interface Liquid Phase
Vapor Pressure P*
Pada interface diantara uap dan cairan, molekul-molekul dari spesies yang dapat terkondensasi (condensable species) melompat secara konstan dan seterusnya diantara 2 fase. Tekanan uap dapat diinterpretasikan sebagai tekanan yang diberikan pada fase gas oleh molekul-molekul didalam fase cair dalam usahanya untuk berpindah dari fase cair ke fase gas. 105
Saturation and Humidity Humidity Humidity Saturation
Berlaku untuk sistem udara-air Berlaku untuk sistem gas-uap apapun Air VL interface
Water vapor Liquid water
Relative Humidity, (hr) or Relative Saturation, (Sr) Absolute Humidity, (ha) or Absolute Saturation, (Sa)
(Hanya untuk fase GAS IDEAL)
MWi is the molecular weight of the condensable species MWj is the molecular weight of the non non--condensable species 106
53
14/09/2011
Lb water / lb dry air
Psychrometric Chart
107
108
dry-bulb temperature, oF http://www.truetex.com/psychrometric_chart.htm
http://sp.uconn.edu/~mdarre/NE-127/NewFiles/psychrometric_inset.html
54
14/09/2011
109
http://sp.uconn.edu/~mdarre/NE-127/NewFiles/psychrometric_inset.html
Psychometric Chart
Psychometric chart Grafik dari parameter termodinamis dari udara yang mengandung air pada tekanan konstan, sering disamakan dengan ketinggian relatif 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 mana udara tersebut melewati permukaan air didalam saluran yang terisolasi. Slope dari garis WBT konstan merefleksikan panas penguapan air yang diinginkan untuk menjenuhkan udara dari humiditas relatif (relative humidity) yang diberikan. Dew point temperature (DPT) yaitu temperatur dimana sampel udara yang mengandung air pada tekanan yang sama mencapai saturasi uap.
110 110
55
14/09/2011
Relative humidity (RH) yaitu rasio fraksi mol uap air dengan fraksi mol udara basah yang jenuh pada T dan P yang sama serta idak berdimensi dan biasanya diekspresikan sebagai persentase. Humidity ratio yaitu proporsi dari massa uap air tiap massa satuan dari udara kering pada kondisi yang diberikan (DBT, WBT, DPT, RH, dsb.). Specific humidity yaitu proporsi massa uap air tiap satuan massa dari sampel udara ( udara kering + uap air) dan ini dihubungkan dengan rasio humiditas dan selalu lebih rendah nilainya. Specific enthalpy mempunyai simbol h, merupakan internal (heat) energy dari udara basah termasuk panas udara dan panas uap air didalamnya. Specific volume yaitu volume campuran (udara kering + uap air) yang memuat satu unit massa dari udara kering dan mempunyai satuan m3/kg udara kering atau ft3/lb udara kering
111 111
Proses
Diskripsi
Evaporation
Apa yang terjadi pada interface cair-uap pada penguapan? Ptotal > Tekanan uap dari spesies yang dapat terkondensasi pada P*H2O(Tliq) temperatur cairnya (P*H2O(Tliq)) yaitu lebih besar dari > PH2O pada tekanan spesies yang dapat terkondensasi pada fase gas (PH2O).Tekanan uap pada temperatur cairnya (P*H2O(Tliq)) yaitu kurang dari pada tekanan total (Ptotal ).
VL interface
Boiling
Pendidihan ditunjukkan oleh pembentukan gelembunggelembung yang kurang rapat dari pada cairannya. Sebagai contoh, saat padatan dipanaskan, gelembung uap terbentuk pada interface padat-cair.
Pendidihan terjadi saat: P*H2O(Tliq) Ptotal
Titik didih (Boiling Point) Tbp : temperatur terendah dimana cairan murni dapat mendidih pada tekanan yang diberikan. Normal Boiling Point Tnbp: temperatur terendah dimana cairan murni dapat mendidih pada tekanan 1 atm. 112
P*H2O(Tnbp) = 1 atm
Pendidihan dapat terjadi melalui pemanasan oleh radiasi seperti microwaves
56
14/09/2011
Evaporasi yaitu gerakan molekul-molekul dari fase cair menjadi fase gas yang terjadi pada interface uap-cair. Tidak ada gelembung-gelembung uap yang terbentuk.
Kapan evaporasi terjadi?
Saat cairan lebih kuat didorong untuk menjadi gas dari pada species yang terkondensasi didalam fase gas didorong untuk menjadi fase cair, maka aliran molekul-molekul dari fase cair menjadi fase gas dapat terjadi.
Saat tekanan uap dari spesies yang terkondensasi pada temperatur cairannya lebih 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 disebut mendidih? 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 113 113
Lesson Summary 2D
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*, dan tekanan 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 sama dengan 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 humiditas untuk membantu menggambarkan sistem dengan single condensable species.
Menekankan perbedaan diantara absolute humidity (dimensionless) dan relative humidity (kg condensable / kg non-condensable).
Menyimpulkan dan mendiskusikan perbedaan diantara evaporation dan boiling. Jika Pi*(Tliq) >Pi, kemudian aliran molekul-molekul dari fase cair ke fase gas terjadi. Cairan mendidih jika Pi*(Tliq)≥ Ptotal, sebaliknya jika cairan menguap. 114
57
14/09/2011
What is an Equation of State_EOS State_EOS ? Penjelasan EOS
The Ideal Gas EOS
Merupakan persamaan yang menghubungkan P, T dan Ṽ (volume molar) dari senyawa. Disebut persamaan keadaan gas ideal (Ideal Gas Equation of State), karena tidak selalu tepat menggambarkan hubungan diantara P, V and T. Pada pelajaran ini, akan didiskusikan Ideal Gas EOS dan graphical EOS yang disebut Generalized Compressibilty Factor EOS. P V = n R T P (V/n) = RT PṼ= RT Dimana : P = tekanan absolut gas V = Volume gas n = jumlah mol dari gas T = temperatur absolut dari gas Ṽ = volume molar (V/n) Nilai R tergantung pada satuan P, T, and Ṽ)
R = Konstanta Gas Universal:
115
Applicability of the Ideal Gas EOS_Equation EOS_Equation of State The Ideal Gas EOS
is a good approximation for gases at High temperatures ( usually above 0oC ) and Low pressures ( usually 1 atm or less )
Persamaan keadaan gas ideal
Merupakan pendekatan yang baik untuk gas-gas ideal pada temperatur tinggi ( biasanya diatas 0oC ) dan tekanan rendah (biasanya 1 atm atau kurang)
Standard conditions is a temperature of 0oC and pressure of 1 atm An ideal gas at standard conditions has a molar volume of 22.415 L/mole Gas ideal pada kondisi standar, pada temperatur 0oC dan tekanan 1 atm mempunyai volume molar 22.415 L/mole. Experimen telah menunjukkan bahwa persamaan keadaan (EOS) gas ideal merupakan pendekatan perilaku PVT gas riil pada T tinggi dan P rendah. 116
58
14/09/2011
What %Error Can Be Tolerated in a PVT Calculation ? Satu cara untuk memutuskan jika EOS gas ideal merupakan pendekatan yang baik dengan cara menetapkan kesalahan fraksional dari nilai yang diestimasi, ε.
Dimana :
Xideal = kuantitas yang ditentukan dengan menggunakan EOS gas ideal. Xtrue = Nilai kuantitas yang sebenarnya = Persentase kesalahan dari nilai yang diestimasi. II < 1% jika Ṽ = RT/V > 20 L/gmol untuk sebagian besar molekul Ṽ = RT/V > 5 L/gmol untuk molekul-molekul diatom dan gasgas mulia He, Ne, Ar, Xe
117
What %Error Can Be Tolerated in a PVT Calculation ?
Cara paling sederhana untuk memutuskan jika persamaan keadaan_EOS gas ideal memodelkan perilaku PVT dari sistem secara tepat, yaitu mengatakan bahwa EOS dapat digunakan jika nilai volume molar diprediksi pada T dan P yang diberikan dalam 1% nilai riil.
Anggapan bahwa gas yaitu ideal dan penggunaan EOS gas ideal untuk mengestimasi volume molar.
20 L/mole merupakan rule of thumb. Beberapa gas tidak hanya berinteraksi satu sama lain pada volume molar yang lebih kecil. Dalam hal ini terutama molekul-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 sebagai gas 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 dan perlu tahu nilai dari variabel ketiga tetapi gas tidak dapat dipertimbangkan untuk menjadi gas ideal ? 118
59
14/09/2011
The Compressibilty Factor Pada sebagian besar EOS gas ideal merupakan bukan pendekatan yang baik. Untuk menghitung penyimpangan dari perilaku gas ideal dapat menggunakan faktor kompresibilitas (compressibility factor, Z). Compressibility factor Didefinisikan 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 dari bagaimana perbedaan perilaku gas riil dibandingkan gas ideal.
119
The Compressibilty Factor
EOS gas ideal menganggap bahwa molekul-molekul tidak berinteraksi dengan cara apapun. Molekul-molekul berinteraksi yang menyebabkan Z ≠1.
Z ≠ 1 merupakan ukuran berapa besar interaksi molekul dan bagaimana perilaku PVT gas non-ideal dari senyawa murni?
Z > 1 jika tumbukan-tumbukan dan gaya tolak menyebabkan molekulmolekul pada rata-rata. Hasilnya yaitu volume molar gas riil > dari gas ideal pada 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.
120
60
14/09/2011
Principle of Corresponding States
Banyak sifat-sifat fluida termasuk compressibility factor, Z, tergantung terutama pada seberapa 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.
ṼCideal secara umum tidak ditabelkan.
Prinsip keadaan yang sesuai _corresponding states : mengatakan pada kita bahwa sifat-sifat apapun, termasuk Z tidak seluruhnya sama untuk seluruh gas-gas pada Tc individualnya. Z dapat ditentukan dengan mengetahui seberapa dekat T dan P aktual terhadap Tc dan Pc pada tiap senyawa kimia. Tc dan Pc tersedia dalam sumber-sumber referensi data termodinamis. Molar volume pada Tc disebut critical molar volume. 121
Reduced Properties Reduced Properties
Penjelasan Bagaimana cara mengkuantifikasi seberapa dekat keadaan yang diberikan terhadap keadaan kritisnya. Dengan mendifiniskan 3 reduced properties, yang tidak berdimensi dan dapat ditentukan dari sifat-sifat Tc, Pc, dan , ṼCideal, yang diketahui. 3 reduced properties tersebut yaitu:
• Reduced Temperature • Reduced Pressure • Ideal Reduced Molar
Volume
ṼCideal
subscript "C" sifat pada keadaan kritis Tanpa subscript "C" sifat pada keaadaan riil.
122
61
14/09/2011
Graphical EOS: Compressibility Charts
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 yang dikenal dari 2 sifat-sifat yang lain.
Ingat bahwa persamaan Z yaitu :
Nilai-nilai Z telah ditentukan secara eksperimen untuk sejumlah gas pada berbagai T dan P yang luas. Seluruh dari data ini telah digunakan untuk menghasilkan grafik yang disebut Generalized Compressibility Charts, yang mempunyai Z pada axis vertikal dan Pr pada axis horizontal. Kurva konstan Tr dan kurva ṼCideal berbeda pada grafik. Berikut contoh dari Generalized Compressibility Charts
123
Generalized Compressibility Chart The Generalized Compressibility Chart
Reduced Temperature Tr = T/Tc Reduced Pressure, Pr = P/Pc 124
62
14/09/2011
Lesson Summary 2E
Chapter 2, Lesson E - Ideal Gas and Graphical Equations of State
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 digunakan untuk menyelesaian problem P-V-T pada ketelitian kurang lebih 1%. Kunci metode ini yaitu compressibility factor, Z , yang merupakan rasio volume molar riil terhadap volume molar yang diestimasi menggunakan Ideal Gas EOS. Gunakan Generalized Compressibility Charts (didasarkan pada data eksperimen) untuk menentukan Z dari 2 dari 3 sifat-sifat yang dikurangi: TR, PR dan volume molar dari senyawa. Pada akhirnya menggunakan nilai Z yang dicapai dari charts untuk mengestimasi nilai dari parameter yang tidak diketahui: T, P atau . Be careful reading the charts. If you do not 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 to solve P-V-T problems.
125
Physical Properties on Internet
The NIST Chemistry WebBook provides access to data compiled and distributed by NIST under the Standard Reference Data Program.
Memuat: 126
Thermochemical data 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. Thermophysical property data for 74 fluids.
63
14/09/2011
Thermophysical property data 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
127
References 1.
http://www.learnthermo.com/T1-tutorial/ch01/intro.php
2.
J. M. Smith, H.V. Van Ness and M. M. Abbott, “Introduction to chemical engineering thermodynamics”, 6th ed., The McGraw-Hill Companies, Inc., New York, 2001.
3.
Geankoplis, C.J., “Transport Processes and Unit Operation”, 3rd ed., Prentice-Hall International, Inc., New Jersey, 1993.
128
64
