template ppt penjelasan

Proses Transfer - UPNYK 1

PROSES TRANSFER(121141263)

Penjelasan

Ir. Yusuf Izidin, MTE-mail : y_izidin@yahoo.com

Pendahuluan

Proses transfer atau proses perpindahan adalah nama yang diberikan secara kolektif untuk ilmu teknik yang meliputi tiga hal klasik dan dipelajari secara sistematik dan menyeluruh yaitu perpindahan energi atau perpindahan panas, massa dan momentum.

Perpindahan massa disebut juga difusi dan perpindahan momentum disebut dinamika fluida. Bagian perpindahan panas dan massa sering kali terjadi didalama fluida dan oleh karena itu beberapa ahli teknik lebih suka memasukan cara perlakuan tersebut diatas kedalam mekanika fluida.

Disamping itu transpent phenomena juga memasukan hal panas konduksi dan difusi dalam padatan, sehingga hal tersebut diatas, kenyataannya merupakan perluasan scope demi mekanika fluida, itu juga yang terjadi dalam mekanika fluida dalam pelajaran proses transfer, terutama persamaanpersamaan yang digunakan sampai dengan gambaran proses dari perpindahan panas massa dan momentum

Seringkali hubungan-hubungan yang didapat mempunyai kesamaan dalam mekanisme secara fisis walaupun dengan jalan mesin transpent diletakan disuatu tempat dan hal ini disebut analogi. Sebagai konsekuensinya pengertian salah satu dari proses perpindahan dapat mewakili pembacaan pengertian proses perpindahan yang lain.

Selain itu jika persamaan deferensial dan keadaan batas (boundary condition) adalah sama, maka kebutuhan penyelesaian yang didapatkan untuk hanya satu proses dapat ditukarmoment kuantumnya saja untuk mendapatkan penyelesaian untuk proses perpindahan yang lain.

Perlu ditegaskan bahwa walaupun diantara ketiga prosesperpindahan mempunyai kesamaan-kesamaan, namun ada perpedaan yang special penting diantara ketiganya yaitu perpindahan panas dan massa adalah kisaran saklar.

Bagaimana Pendekatan Subyek

Didalam urutansamapai dengan penyampaian analogi-analogi diantara proses-proses perpindahan, masing-masing proses akan dipelajari secara paralel. Pertama perpindahan panas, kemudian perpindahan momentum dan ketiga perpindahan massa. Disamping itu bagi para pendidik penyampaian pengertian tidak menggunakan pendekatan secara seri atau dibicarakan sendiri-sendiri

Dalam buku literature yang lain yang meliputi ketiga proses, konsep-konsep dan persamaan-persamaan kalau arah pelajaran diberikan perpindahan momentum atau mengalami kesukaran terutama dalam hal dasar-dasar pengertian yang digunakan. Apabila dalampelajaran subyek yang diberikan secara bersama-sama pada waktu mempelajari perpindahan momentum tidah akan mengalami kesukaran.

Selanjutnya jika pelajaran diberikan secara parallel, bersama-sama persoalan-persoalan yang sukar abstrak menjadi bentuk yang simple atau sederhana. Sebagai langkah awal dapat ditekankan bahwa prosedur proses fisis yang terjadi diwakili dalam bentuk persamaan deferensial parsial maka hal ini dapat diganti dengan persamaan deferensial ordiner.

MENGAPA AHLI-AHLI TEKNIK ANGIN MEMPELAJARI TRANSPORT PHENOMENA

Dalam disiplin proses perpindahan konsep dasar yang digunakan khususnya adalah hokum-hukum alam. Beberapa orang mengklasifikasikan bahwa proses perpindahan adalah cabang ilmu teknis. Bagi para ahli tekik mempunyai alas an yaitu sepanjang yang menyangkut masalah perancangan ekonom rencan operasi dan peralatan bagaimana proses perpindahan dengan sungguh pantas memberikan nilai yang praktis. Ada dua jawaban umum untuk pertanyaan diatas.

Pertama memerlukan satu pengakuan terjadinya perpindahan panas, massa dan momentum dalam beberapa macam peralatan teknik, yaitu alat penukaran panas (H.E), kompresor,, reactor nuklir, dan kimia, humidifier, pendingin udara, pengering, kolam fraksinasi dan pengecap. Dalamproses perpindahan juga melibatkan tenaga manusia yang sama baiknya dengan jalan masuk dalam proses yang komplek polusi hasil reaksi dan difusi dibuang ke udara.

Penting bagi ahli-ahli teknik mempunyai pengertian hokum-hukum fisis untuk mengontrol proses perpindahan, bila mereka tahu bagaimana meletakan tempat dalam peralatan teknik dan sekali-kali membuat keputusan yang dihargai dalam operasi secara ekonomi.

Jawaban kedua adalah ahli-ahli teknik mampu menggunakan kebutuhan dalam pengertian hokum-hukum alam sampai dengan perancangan alat-alat proses dalam proses yang sedang berlangsung. Demikian juga mereka harus dapat memprediksi kecepatan aliran panas, massa dan momentum.

Sebagai contoh dalam mempertimbangkan sebuah alat penukar panas (H.E), suatu fluida panas mengalir dalam suatu pipa dimana suhu dinding pipa dijaga agar tetap lebih tinggi dibandingkan suhu aliran fluida. Kecepatan aliran panas dimana mengalir dari fluida berdinding pipa dipengaruhi suatu parameter yaitu koefisien perpindahan panas dan ini juga dipengaruhi oleh udara pipa, kecepatan aliran fluida, sifat-sifat fluida dsb.

T W

fluida dingin fluida fluida panas

Fakta dalam beberapa keadaan para perancang teknik boleh menggunakan metode dan persamaan secara langsung proses perpindahan dalam perancangan alat.

Suatu contoh reactor pipa yang mana boleh dilukiskan suatu pipa yaitu alat penambah panas dalam pipa terdapat fluida dan terjadireaksi homogen.

Fluida masuk denganreaktan tertentu dan meninggalkan pipa mengalami penurunan konsentrasi reaktan, sebaliknya konsentrasi hasil bertambah jika reaksinya adalah ekso femal, dinding biasanya dpertahankan agar suhunya tetap rendah yaiutu dengan cara panas yang dihasilkan dari reaksi diambil oleh karena itu temperature akan turun dalam gerak dari pusat pipa ke dinding pipa.

Apabila kecepatan didinding bertambah dengan naiknya temperature, maka pada pusat pipa suhunya tinggi. Sedangkan pada dinding pipa suhunya rendah.

TW

Z

Reaktan Co

produk

Gbr I – 2 , reaktor pipa

Dengan demikian hasil reaksi cenderung akan tetumpu pada pusat pipa, sedangkan reactor. Oleh karena itu konsentrasi temperature keduanya akan bervariasi dengan posisi radial dan posisi aksial.

Gambar 1-3 dan1-4). Untuk keperluan perancangan reactor perlu diketahuai panjang konsentrasi rata-rata hasil. Konsentrasi rata-rata adalah konsentrasi yang diperoleh dari rata-rata nilai setiap titik pada penampang melintang.

Secara kenyataan untuk mendapatkan konsentrasi pada setiap titik dalam reactor yaitu pada setiap posisi arah radial dan arah memanjang, tetapi untuk keprluan perhitungan konsentrasi pada setiap titik harus diketahui kecepatan reaksi setiap titik dan perhitungan kecepatan reaksi setiap titik.

Selanjutnya juga harus diketahui kecepatan reaksi dan kecepatan fluida pada setiap titik.

T

R RT0

R R

CL

C

hasil

reaktanC

Gbr I – 3 profit temperatur pada jarak yang tetap dari entrance

Gbr I – 4 konsentrasi hasil pusat dan rata- rata yang jarak axial dalam reaktor pipa

Dari ketentuan-ketentuan diatas melibatkan beberapa persamaan satu dengan yang lain saling terkait. Jadi dengan jelas terbentuk beberapa persamaan diferensial secara simultan dan harus diselesaikan bersama secara canggih biasanya dengan bantuan computer.

Itu jelas nyata tidak akan dapat digunakan sebagai pegangan seperti suatu persoalan penggunaan prosedur perancangan empiris dalam pelajaran unit operasi untuk alat penukar panas. Pada dasarnya ketentuan di atas adalah prosedurteori dan matematika dari proses perpindahan.

Kecuali satu tambahan waktu pada pembanguna rencana percobaan. ada tambahan pengukuran masing-masing konversi.

T

Z

pusat

Rata-rata

Z

pusat

Rata-rata

C

hasil

Gbr I – 5a temperatur pusat dan rata-rata yang jarak axial dalam reaktor pipa

Gbr I – 5b temperatur pusat dan rata-rata yang jarak axial dalam reaktor pipa

Sekarang dalam pelajaran tidak semua dapat diselesaikan dengan metode yang ada dalam proses perpindahan. Tetapi dengan perkembangan computer, dapat diselesaikan dengan metode itu. Oleh karena itu mahasiswa teknik yang mempunyai pendidikan itu tidak akan menjadi usang .

Mereka harus selalu siap dengan pengertian –pengertian yang ada dalamproses perpindahan, kemudian mengolah data secara komputasi, selanjutnya hal itu berguna dimasa yang akan dating.

Sebab dia mempunyai potensi yang besar yang dapat disamakan dengankegunaan pelajaran proses perpindahan dalam praktek dan pelajaran singkat harus dari tingkatan bawah.

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

Bidang proses perpindahan terutama yang menyangkut dengan prediksi variasi temperatur, konsentrasi, dan kecepatan dalam medium.Dalam mendapatkan profile-profile tersebut digunakan dua set persamaan yaitu :

1.Persamaan neraca atau hukum kekekalan2.Persamaan kecepatan atau hukum fluks

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

Dalam tulisan ini dianggap bahwa pembaca sebelumnya mempunyai pengalaman tentang persamaan neraca, dengan spesialis menggunakan hukum kekekalan massa dan energi dengan dasar menyeluruh. Bila tidak ada keterangan lebih lanjut yang dapat mencukupi, dapat di tulis persamaan neraca umum suatu sistem adalah

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

Kecepatan masuk(input rate) – kecepatan keluar(output rate) + kecepatan yang dihasilkan(general rate) = kecepatan akumulasi(accumulation rate)…….(I – 1)

Sistem di definisikan pengganti bagian seluruh bidang sisa, seluruh bidang di namakan sekeliling

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

Sistem memakai salah satu spesifik kuantitas atau spesifik volume(dalam mekanika fluida disebut general volume)

Kecepatan masuk di definisikan semua aliran masuk kedalam suatu sistem(meliputi kuantitas) pada lintas jalan dan sistem batas

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

Kecepatan keluar di definisikan semua aliran yang meninggalkan atau keluar sistem pada lintas jalan dalam sistem batas

Perbedaan kecepatan masuk di kurangi kecepatan keluar disebut kecepatan masuk netto atau net input rate

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

Kecepatan hasil didefinisikan semua yang di hasilkan dari dalam sistem dan kecepatan akumulasi adalah pertukaran kecepatan waktu dalam jumlah total massa, energi dan momentum dari dalam sistem

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

Persamaan neraca dapat di aplikasikan secara neraca menyeluruh, neraca inaremen neraca diferenial(elemen diferenial). Bentuk persamaan(I-1) kadang kala disebut hukum kekekalan, tetapi dalam beberapa buku terminologi yang digunakan hanya kalau term generasi adalah nol.

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

Sebelumnya term generasi tidak nol, sebagai contoh apabila massa spesies A yang dihentikan dari reaksi kimia dan ini disebut kecepatan hasil. Berikut di bawah ini diberikan keadaan masing-masing term dalam persamaan(I-1) dengan membandingkan dua keadaan.

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

Keadaan 1 Sebuah tangki akan diisi cairan dengan kecepatan aliran massa yang mengalir adalah w1 kg/det. Pada waktu yang sama cairan keluar pada kecepatan aliran w2 kg/det. Luas penampung melintang tangki adalah Am2 dan tinggi cairan dalam tangki pada setiap saat t adalam hm.

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

Kemudian disusun persamaan neraca massa cairan dalam tangki kecepatan hasil adalah nol karena tidak ada massa yang dihasilkan dalam tangki, tetapi kecepatan akumulasi tidak nol, kecuali w1

= w2 atau jumlah kecepatan aliran massa masuk = keluar.

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

Keadaan diatas terjadi pada kondisi steady state sebab tidak ada jumlah aliran yang tinggal dalam tangki pada penambah waktu.

Akan tetapi andaikata kecepatan massa masuk w1 adalah lebih besar dari pada kecepatan massa keluar w2.

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

dt

dhA

dt

hAd

dt

dm..

)..(

Waktu level cairan dalam tangki berubah dengan waktu,tangki cenderung terisi penuh dan kecepatan akumulasi akan lebih besar dari nol. Jika massa total dalam tangki adalah m kg dan cairan adalah(kg/m3 ,kecepatan akumulasi adalah

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

dt

dhA

dt

hAd

dt

dm..

)..(

Neraca overall adalah

W1 – W2 + 0 =

dt

dhA

dt

hAd

dt

dm..

)..(

AtauWt+ 0 = W1 – W2 =

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

Dimana Wt = kecepatan netto atau kecepatan total massa yang di peroleh

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

Keadaan 2 Dalam keadaan ini suatu reaksi kimia terjadi dalam tempat berbentuk tangki. Tangki dilengkapi dengan pengaduk, agar kecepatan reaksi seragam menyeluruh pada tangki. Jika spesies A menghasilkan suatu reaksi dan kecrpatan hasil A penumit volume tangki adalah γ

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

A.V dimana V adalah volume fluida dalam tangki. Anggap bahwa arus yang masuk mengandung sejumlah kecil A, dan kecepatan aliran massa A masuk adalah wA1. Apabila kecepatan aliran massa keluar diwakili oleh wA2. Hukum kekekalan massa untuk spesies A menjadi

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

dt

dmAwA1 - wA1 + γA.V =

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

Dalam contoh keadaan satu tidak terdapat hasil dari dalam(internal generation) karena massa total adalah banyaknya semua arus, tetapi reaksi kimia terjadi di dalam cairan dan spesies A menghasilkan suatu hasil, sehingga hasil dari dalam tidak nol dan massa A bukan semua arus, melainkan bagian dari arus.

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

Dalam menggunakan persamaan neraca terdapat macam-macam cara penulisan. Dalam pelajaran pengginaan term-term harus mempunyai arti fisis yang jelas.

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

Untuk contoh keadaan dua ada perbedaan diantara simbol hasil dan simbol masuk, sebab hasil atau kecepatan hasil A itu terjadi pada setiap titik di dalam sistem, dan massa atau kecepatan perpindahan A melalui B atas jarak lintas pada sistem.

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

Kecepatan hasil di pengaruhi oleh volume dan sistem, sebaliknya kecepatan masuk di pengaruhi oleh jarak lintas dimana terjadinya perpindahan yaitu luas penampang melintang perpindahan.

Contoh keadaan satu dan dua menggambarkan neraca menyeluruh atau overall dalam situasi fisis

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

di mana temperatur, konsentrasi A dan kecepatan fluida dapat dianggap seluruhnya seragam sepanjang sistim. Sebelumnya sebutan masalah-masalah di atas belum mendapat perhatian besar dalam tulisan ini

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

Hal itu, terutama sebagai pengganti kepentingan dalam persoalan-persoalan, terutama hal variabel atau gradien temperatur, konsentrasi, dan kecepatan merupakan bagian yang penting.

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

Berikut dalam keadaan 2 menurut neraca menyeluruh di dalamnya terdapat

kecepatan hasil yaitu <ɣɑƲ>, di mana <ɣɑ> adalah kecepatan reaksi rata-rata

dengan

<ɣɑ>=<ɣɑ>=ʃ ʃ ʃ ɣɑ dvʃ ʃ ʃ ɣɑ dv

Ѵ

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

dan ɣА adalah kecepatan lokal atau kecepatan pada suatu titik secara teliti ɣА

ditentukan pada setiap titik dalam sistim dan itu dipengaruhi oleh temperatur dan konsentrasi pada setiap titik.

MENGULANG PERSAMAAN NERACA

Dalam reaktor batch campuran itu tepat atau cocok menganggap bahwa ɣА=< ɣА >, tetapi dalam reaktor pipa (Gambar I-2), temperatur dan konsentrasi bervariasi sepanjang pipa (Gambar I-3 s/d I-6). Di sini variasi T dan CА pada berbagai posisin secara teoritis dapat diperkirakan secara rata-rata dalam proses perpindahan dan sebagai subyek masalah dalam tulisan ini.

ENERGI

ENERGI

Dalam bentuk energi & konsentrasi (persamaan I-1) secara teliti sesuai dalam bentuk hukum termodinamika kedua harus ditulis neraca dalam semua bentuk energi yaitu panas, kerja, bisa dalam tenaga kinetik, tenaga potensial,dsb.

ENERGI

Sering kali bentuk kerja dan tenaga kinetis tidak ada sehingga dapat diabaikan dan hanya bentuk tenaga dalam (atau entalpi) dan panas tampak dalam keperluan.

ENERGI

Jika dalam suatu persamaan, keadaan reaksi kimia adalah eksoternal, maka hal itu bukan hasil netto dari total energi, melainkan adalah hubungan panas hasil reaksi perbedaan antara entalpi hasil dan entalpi reaktan.

ENERGI

Selisih entalpi ini dapat dibedakan dari reaksi yang terjadi yaitu pada temperatur tetap dan tekanan tetap. Dan selisih entalpi ini, diperlukan agar reaktan bereaksi menjadi hasil pada temperatur dan tekanan reaksi. Jadi persamaan reaksi dapat diperlakukan sebagai salah satu bentuk panas generasi atau panas hasil atau bagian dari selisih entalpi dari suatu sistim.

ENERGI

Demikian juga panas generasi yang berasal dari arus listrikyang mengalir melalui kawat adalah transformasi dari energi listrik internal ke dalam panas. Panas yang terbentuk dari reaksi nukllir dapat dimasukkan ke dalam bentuk panas generasi, apabila hal itu terjadidalam medium, dimana selisih panas yang terjadi berasal dari individu alam dalam bahana bakar.

MOMENTUM

MOMENTUM

Dengan cara yang sama bentuk persamaan Dengan cara yang sama bentuk persamaan neraca perasamaan (I-1) dapat ditulis untuk neraca perasamaan (I-1) dapat ditulis untuk aliran momentum, menggunakan hukum Newton aliran momentum, menggunakan hukum Newton tentang gerak, dimana selisih kecepatan tentang gerak, dimana selisih kecepatan momentum suatu obyek adalah sebanding dngan momentum suatu obyek adalah sebanding dngan dengan gaya kerja netto itu. Jadi gaya dan dengan gaya kerja netto itu. Jadi gaya dan kecepatan momentum saling berhubungan kecepatan momentum saling berhubungan dengan gaya. dengan gaya.

MOMENTUM

Gaya khusus seperti gravitasi dan tekanan Gaya khusus seperti gravitasi dan tekanan dapat termasuk dalam sumber dapat termasuk dalam sumber momentum. Ini akan dibicarakan dalam momentum. Ini akan dibicarakan dalam tulisan berikutnyatulisan berikutnya

PERPINDAHAN PANAS DALAM SATU ARAH

PENDAHULUAN

Ketiga proses perpindahan dalam tulisan ini mungkin yang paling terkenal adalah perpindahan panas, karena hal itu merupakan pengalaman setiap hari. Kita semua mengamati perpindahan panas yang terjadi dalam kopi panas , juga di dalam kopi dingin

Ketika kita pergi pada hari yang dingin dengan seketika badan mengalami perpindahan panas dan mengigatkan kepada kita secara terus-menerus tentang laporan cuaca perpindahan panas dalam atmosfer.

Proses pekerjaan perpindahan panas seringkali terjadi dalam pabrik kimia refinery (kilang minyak) yaitu pemanasan minyak mentah (crude oil) sampai pad atitik didihnya, selanjutnya proses pemisahan fraksi-fraksi minyak bumi di dalam kolam distilasi atau proses pengambilan panas dalam reaksi kimia.

Berikut pertama kita harus mengetahui berapa besar kecepatan perpindahan panas pada suatu tempat, selanjutnya menghitung ukuran peralatan baru yang diperlukan atau membuat perbaikan proses yang ada.

Dalam tulisan bab ini akan diterangkan penggunaan metode sampai dengan memperkirakan kecepatan perpindahan.Perlu diingat bahwa panas hanyalah salah satu bentuk energi dan dalam penulisan hukum pertama termodinamika bentuk energi terdiri dari energi panas dan bukan panas.

Dalam tulisan bagian belakang akan dipelajari energi dan konsentrasi secara detail, namun dalam bab ini yang dipelajari hanyalah sepanjang yang menyangkut perpindahan panas dengan spsesialisasi panas konduksi yaitu perpindahan panas dari temperatur tinggi ke temperatur rendah dalam padatan atau fluida oleh gerakan molekul atau elektron.

Oleh sebab itu perpindahan panas secara radiasi tidak dibicarakan dalam bab ini.

Perpindahan panas radiasi adalah pancaran elektromagnetik atau phenomena elektromagnetis dan dilukiskan sebagai perpindahan energi dari matahari ke bumi melalui gerak.

Subyek belakangan dari bagian tulisan ini yang lainnya adalah perpindahan panas secara konveksi. Itu adalah hasil perpindahan panas dari gerakan fluida bulk. Jadi perpindahan panas yang terjadi di dalam padatan hanyalah oleh konveksi saja.

Mengingat bahwa di dalam fluida ada dua gerakan yaitu perpindahan panas konduksi dan konveksi maka hal itu dipertimbangkan keduanya.