Pembahasan Pemicu 1 Termodinamika Teknik Kimia

Pembahasan Pemicu 1Termodinamika Teknik KimiaKelompok 6:Astrini PradyastiMega PuspitasariPangiastika Putri WulandariRayhan Hafidz I.Sahala Harahap

Could you explain the meaning of the lines/surfaces/points shown in following PVT diagram? Define triple point and critical point using your own words? (Hint: use the Gibbs phase rule)

Setiap garis pada permukaan menyatakan keadaan setimbang dan garis-garis menunjukkan proses isotermal.Setiap permukaan menunjukkan keadaan fasa suatu zat.Keadaan fasa dibagi menjadi dua, yaitu keadaan fasa tunggal dan keadaan dua fasa. Daerah berbentuk kubah yang terdiri dari fasa cair dan fasa uap disebut kubah uap. Kubah uap dibatasi oleh garis cair jenuh dan garis uap jenuh.Puncak kubah dimana garis cair jenuh dan garis uap jenuh bertemu disebut titik kritis.Gibbs phase ruleF adalah degree of freedom, C adalah jumlah komponen, dan P adalah jumlah fasa. Untuk titik triple dengan zat murni, C berjumlah 1, P berjumlah 3, sehingga F adalah 0.Pada titik kritis, C berjumlah 1, P berjumlah 2, sehingga F adalah 1.

If I say that the given PVT diagram is not valid for H2O, would you agree? What observed phenomenon could you use to support your answer?

Diagram PVT pada soal sebelumnya berbeda dengan diagram PVT untuk air. Hal tersebut dikarenakan saat air dibekukan, volume spesifik dari air tidak berkurang melainkan bertambah (air akan memuai). Diagram PVT pada soal sebelumnya hanya berlaku pada zat yang menyusut ketika dibekukan, contohnya adalah CO2.

Fenomena yang terjadi adalah fenomena anomali air.Berbeda dengan zat lainnya, jika air mengalami pendinginan sampai suhu 4C, air akan menyusut dan menjadi berat. amun, jika proses pendinginan dilanjutkan, air akan memuai kembali dan mengakibatkan air menjadi lebih ringan.Given the two dimensional PT diagram obtained from the three dimensional PVT diagram given above, do you think the relative position (read: the PT coordinate) of the three phases (solid, liquid, vapor) make sense? Explain.

Diagram PT dalam gambar diatas benar didapatkan dari proyeksi diagram PVT.Permukaan padat-cair dari diagram PVT menjadi garis peleburan (garis AB) pada diagram PTPermukaan cair-uap menjadi garis penguapan (garis AC)Permukaan padat-uap menjadi garis sublimasi (garis OA)Garis triple juga diproyeksikan menjadi titik triple (titik A).

Vapor at temperatures higher than its critical temperature is called a gas: what is the distinction between a vapor and a gas? What is your definition of a supercritical gas?Perbedaan antara uap dan gas adalah uap berwujud padat atau cair pada suhu kamar sedangkan gas tetap berwujud gas pada suhu kamar.Gas termasuk dalam empat keadaan materi sedangkan uap tidak.Gas tidak terlihat sedangkan uap dapat dilihat.Uap menetap di tanah sedangkan gas tidak.Gas superkritis adalah zat yang berada pada suhu dan tekanan di atas titik kritis termodinamika.Memiliki kemampuan untuk berdifusi melalui benda padat seperti gas, dan melarutkan benda seperti cairan.Dapat mengubah kepadatannya bila mengubah sedikit suhu dan tekanannya.

Could you give definition of intensive variables?Sifat intensif adalah sifat dari suatu zat yang tidak tergantung dari ukuran atau jumlah sistem.Contoh sifat intensif adalah konsentrasi, titik leleh, titik didih, tekanan, energi spesifik, volume spesifik dan suhu.Intensive and Extensive VariablesVariabel ekstensif adalah nilai yang besarnya dipengaruhi oleh jumlah setiap bagian yang menyusun sistem tersebut. Contoh sistem ekstensif adalah maasa, volume, dan energiVariabel intensif adalah sifat yang tidak dipengaruhi oleh ukuran atau jumlah sistem, sehingga memiliki variasi di setiap bagian pada waktu yang berbeda. Contoh sifat intensif adalah tekanan dan temperaturProses Isobarik12V2V1Diagram p-V pada proses isobarikpVPada gambar diatas adalah sebuah diagram p-V dan dibawahnya adalah sebuah selinder yang diisi dengan gas dan dianggap ideal dan didalam silinder ada torak yang dapat bergerak bebas.Proses perubahan keadaan pada tekanan konstan (isobarik)

- Pada gambar terlihat keadaan gas berubah dari keadaan 1 dimana silinder yang telah diisi gas yang dianggap ideal dengan volume (V1) berubah ke keadaan 2 dengan cara memanaskan silinder akibatnya gas mengembang / ekspansi mengakibatkan sistem melakukan kerja dengan mendorong torak keluar mengakibatkan volume gas bertambah (V2) sehingga tekanan gas dalam silinder pada waktu dipanaskan naik/tinggi dengan terdorongnya torak keluar sehingga tekanan lama kelamaan berkurang dan menjadi sama dengan tekanan awal (p1 = p2) artinya tekanan dalam keadaan konstan/tetap.Peristiwa isobarik dapat juga digambar seperti di bawah

Diagram p-VpV12V1V2p1 = p2

Proses Isokhorik

Could you give definition of isothermal processes?

Could you explain why water at the top of Himalaya mountain boils at lower temperature than it is in beach area of Ancol-Jakarta?

Tekanan di daerah pegunungan seperti puncak Himalaya lebih rendah dibandingkan dengan daerah pantai seperti Ancol-Jakarta.Sesuai dengan diagram PT, jika tekanan berubah, suhu untuk air mendidih juga akan berubah sebanding dengan perubahan tekanan tersebut.Dikarenakan tekanan pada puncak Himalaya lebih rendah, air akan lebih cepat mendidih dikarenakan terjadinya penurunan pada suhu untuk air mendidih.Ice melts under the blade of skater shoe

Gambar 1.3 Proyeksi Dua Dimensi Permukaan P-V-TSumber : Anonim. Phases of Matter. Chem.ufl.edu.

Suatu fase padat dapat diberikan tekanan sampai berubah menjadi fase cair. Diagram P-T tersebut menggambarkan suatu peristiwa ketika fase padat lebih tidak rapat daripada fase cair sehingga dapat ditekan sampai berubah fase (sifat anomali).Es mencair pada pisau yang berada pada bagian bawah sepatu skater karena adanya peningkatan tekanan saat sepatu ice skating digunakan.Why Water and water vapor having the same the density at the critical point ?

- Untuk menjawab pertanyaan diatas dapat dijelaskan pada diagram dibawah

Pada gambar terlihat garis (J,K) N,Q,C merupakan kurva uap. Proses diawali dari J,K dengan pemanasan yang meningkat sampai dengan titik kritis (critical point) dan berlanjut disepanjang garis volume spesifik yang konstan (Vc). Vc adalah volume spesifik /molar yang konstan sepanjang garis setelah titik kritis.Dari penjelasan gambar diatas bahwa densitas air dan uap air akan memiliki densitas yang sama pada titik kritis karena volume spesifik/ molar akan konstan (seperti pada gambar 3.3). Hal ini juga dapat diturunkan dengan formula : = m/V bila V = konstan sehingga = mMassa liquid air sama dengan massa vapor air karena mempunyai massa yang sama. Massa liquid air akan sama dengan vapornya karena jumlah mol yang sama akan memiliki volume jenis/molar yang samaEntalpi Penguapan Pada Titik Kritis

Pada diagram p-v-T, diagram p-v , dan diagram T-v terdapat daerah berbentuk kubah yang terdiri dari dua fase keadaan cair-uap yang disebut kubah uap (vapor dome). Puncak kubah dimana garis cair jenuh dan uap jenuh bertemu disebut titik kritis (cr itical point).Jika tekanan air terus naik menuju titik kritis maka entalpi penguapannya akan berkurang sampai menjadi nol pada titik kritisnya. Hal ini menunjukkan bahwa air berubah langsung menjadi uap (steam jenuh) pada titik kritisnya.Ini disebabkan karena ketika air dipanaskan pada tekanan kritisnya yaitu tekanan pada titik kritis air (218 atm), maka pada saat temperatur air mencapai temperatur kritisnya (374oC) semua molekul air akan berubah secara cepat dari fase cair menjadi fase uap tanpa melalui proses penyerapan energi untuk proses penguapan.Why water and ice are incompressible?

Fluida incompressible merupakan fluida yang memiliki densitas yang konstan terhadap perubahan tekanan.Contoh fluida yang incompressible adalah air.Contoh kasusnya adalah saat kita mengkompres ban.Jika kita mengkompres ban bervolume 3 L menggunakan pompa udara bervolume 4 L dan semua udara dikompres ke dalam ban, pompa tersebut akan menjadi keras namun tidak berubah bentuk.Sementara jika kita memompa air volume 4 L ke ban bervolume 3 L, ban akan menggembung atau berubah bentuk. Diagram P-V

Could you determine the following: vapor liquid phase envelope consisting of saturated liquid and saturated vapor volumes covering temperatures from the triple point up to the critical point (hint: use excel and steam table)

Vapor pressure curve from the triple point up to the critical point, the temperature dependence of vapor pressure and the normal boiling point (hint : use excel and steam table)

T (oC)P (MPa)273,165,78312755,94632806,41652856,91452907,44162957,9993008,58773059,20923109,864731510,55632011,28432512,05133012,85833513,70734014,634515,5435016,52935517,5736018,66636519,82237021,043373,94622,064Is vapor presure of aliquid sensitive to temperature change ?

Untuk mejawab pertanyaan diatas dapat dijelaskan dengan diagram dibawah

Perbandingan data steam tables, persamaan Antoine, dan korelasi umum volume jenuh

Determine the quality of the saturated liquid and the saturated vapor mixture, if the mixtures having mass of 100 kg fills a 1 m3 container.Massa campuran (liquid + Saturated vapor) (M) = 100 kgVolume container (V) = 1 m3Volume jenis (v) = V / m= 1 m3 / 100 kg = 0,01 m3 / kgPada steam table pada volume jenis (v) = 0,01 m3/kg berada pada suhu (T) = 340 0C dan tekanan 14,60 MPa = 14,60 x 1/0,101325 = 144 atm.Dengan memasukan data tekanan dan suhu pada program NIST didapatkan density vapour = 92,74 kg /m3 dengan diketahui density kita dapat mencari massa dari vapour :M = . V = 92,74 kg /m3 x 1m3 = 92,74 kgJadi quality dari campuran (X) = M uap / M total = 92,74 kg / 100 kg = 0,9274If you use the following equation to represent vapor pressure as a function of temperature: ln(psat) = a+bT and you know, that the equation is valid at the lower and the upper limit of temperature (triple and critical temperatures, respectively), how could you determine the values of parameter a and b? (hint: use excel!)

Variabel a dan b dapat dicari dengan memanfaatkan Microsoft Excel, dengan cara menginput data-data tekanan jenuh (Psat) dan temperatur (T) melalui steam table.Nilai Psat diolah dengan menjadikannya bentuk ln(Psat) agar dapat disesuaikan dengan rumus.Setelah hal tersebut, dilakukan plot data-data ln(Psat) dan T ke dalam grafik x-y (ln(Psat) sebagai sumbu y, T sebagai sumbu x).Dari grafik tersebut, kita dapat mendapatkan rumus grafik tersebut yang berbentuk y = ax+b. Karena y menunjukkan ln(Psat) dan x menunjukkan temperatur (T), variable a dan b dapat ditentukan.

Natural gas transportation over long distances could be done efficiently if gas is shipped either as liquefied natural gas (LNG) or compressed natural gas (CNG). If the ship cargo capacity is 2500 m3, determine which model of transportation would accommodate more natural gas each trip? Assume the following storage conditions: 1 bar and -162 C for LNG and 125 bar and room temperature for CNG. To do the calculations, use the compressibility factor that could be downloaded from the internet (Savidge: compressibility of natural gas). Compare your results with the values calculated using the generalized correlation for Z proposed by Pitzer, employing the acentric factor. Assume natural gas to be pure methane and report the difference in percent value. Explain the difference between two parameters and three parameters generalized correlation. Define the acentric factor using your own words.Data mengenai gas metana pada Apendix B-1

Volume kargo = 2500 m3 (Faktor Asentrik)= 0,012Tc (Suhu Kritis) = 190,6 KPc (Tekanan Kritis) = 45,99 barVc (Volume Kritis) = 98,6 cm3/molZc (Kompresibilitas Gas Kritis) = 0,286Keterangan pada Soal :KeteranganLNGCNGP (bar)1125T (K)111298Perhitungan mol Tranportasi LNG :3. Menentukan massa jenis tereduksi (r)

r yang diperoleh adalah 2,74

Perhitungan mol Tranportasi CNG :Nilai Z yang diperoleh adalah sebesar 0,84

Menggunakan Metode 3 Parameter (Pitzer)TrPr2,00003,00001,50,83280,78871,60,87380,8410TrPr2,00003,00001,50,18060,24331,60,17290,2381Membandingkan Hasil Perhitungan Biasa dengan Hasil Perhitungan Pitzer (CNG)Explain the difference betwen two parameter and three parameter generalized correlation. Define the acentric factorusing your own word.- Teori corresponding state dengan 2 parameter menyatakan bahwa semua fluida jika dibandingkan pada suhu reduksi (Tr) dan tekanan reduksi (Pr) yang sama akan memiliki faktor kompresibilitas (z) yang sama dan semua penyimpangan dari perilaku gas ideal juga sama. - Prinsip dengan 2 parameter hanya berlaku untuk fluida sederhana gas mulia seperti Argon, Kripton, dan Xenon. Apabila prinsip 2 parameter ini diterapkan pada fluida lain, akan terjadi penyimpangan yang menandakan peningkatan ketidakidealan fluida tersebut.

Bentuk penyimpangan dapat dilihat pada kurva log (Pr) vs TrJika kita memplot grafik log Pr vs 1/Tr maka untuk fluida sederhana (Argon, Xenon, dan Kripton) akan memiliki gradien yang sama dimana nilai adalah nol artinya memenuhi teori keadaan sebanding dua parameter. Dari data experimen menunjukkan faktor kompresibilitas dari ketiga fluida tersebut sama dengan hasil dari merepresentasikan nilai faktor kompresibilitas sebagai fungsi Tr dan Pr. Pada grafik terlihat bahwa pada saat Tr = 0,7, fluida sederhana memiliki nilai log Pr = -1, sehingga ketika dimasukkan dalam rumus akan diperoleh nilai = 0. sedangkan pada fluida lain, seperti hidrokarbon (n-butana dan n-oktana) pada saat Tr = 0.7, memiliki nilai log Pr lebih kecil dari -1, sehingga ketika dimasukkan kedalam rumus akan diperoleh nilai >0. Daerah yang diarsir itulah yang disebut sebagai faktor asentrik. Nilai adalah faktor asentrik. Jika kita memplot grafik log Pr vs 1/Tr maka untuk fluida sederhana (Argon, Xenon, dan Kripton) akan memiliki gradien yang sama dimana nilai adalah nol artinya memenuhi teori keadaan sebanding dua parameter. Dari data experimen menunjukkan faktor kompresibilitas dari ketiga fluida tersebut sama dengan hasil dari merepresentasikan nilai faktor kompresibilitas sebagai fungsi Tr dan Pr. 60Pada grafik terlihat bahwa pada saat Tr = 0,7, fluida sederhana memiliki nilai log Pr = -1, sehingga ketika dimasukkan dalam rumus akan diperoleh nilai = 0. sedangkan pada fluida lain, seperti hidrokarbon (n-butana dan n-oktana) pada saat Tr = 0.7, memiliki nilai log Pr lebih kecil dari -1, sehingga ketika dimasukkan kedalam rumus akan diperoleh nilai >0. Daerah yang diarsir itulah yang disebut sebagai faktor asentrik. Nilai adalah faktor asentrik. - Faktor asentrik merupakan deviasi antara tekanan uap jenuh tereduksi suatu fluida dengan tekanan uap jenuh tereduksi fluida sederhana. K.S. Pitzer membentuk persamaan baru yang disebut prinsip keadaan bersamaan dengan 3 parameter yang menyatakan semua fluida mempunyai nilai yang sama ketika dibandingkan pada Tr dan Pr yang sama serta mempunyai nilai faktor kompresibilitas (Z) yang sama, karena penggunaan persamaan keadaan bersamaan 2 parameter menunjukkan penyimpangan bagi fluida tak sederhana. Karena itu, Pitzer menambahkan satu parameter baru, yaitu faktor asentrik ().A. Menentukan kondisi steam pada tekanan 60 bar dan 2000C

Sehingga nilai Z yang dihasilkan adalah Z = Z0+ Z1= 0,0457+ (0,345)( -0,0195) = 0,0390 Menentukan nilai Z1b. Menentukan kondisi udara pada tekanan 1 bar dan 250C

Sehingga nilai Z yang dihasilkan adalah Z = Z0+ Z1= 0,9996+ (0,035)( 1,91 x 10-3) = 0,9997 = 1Menentukan nilai Z1c. Menentukan kondisi n-butane pada tekanan 10 atm dan 400 K

Menentukan nilai Z1Sehingga nilai Z yang dihasilkan adalah Z = Z0+ Z1= 0,879 + (0,200)( -0,00428) = 0,8704Kara asked Kemi to study phase diagram of a substance other than water. Find out the reasons why dry ice (solid CO2 is used to keep ice cream stays cold and not melt? Use the following p-T diagram of CO2.

Es kering (CO2 padat) dapat digunakan untuk menjaga es kering tetap dingin dan tidak mencair, karena suhu es kering sangat dingin, dimana titik beku untuk mengubah wujud CO2 gas menjadi es kering mencapai -78,5oc.

Diagram P-T CO2

Es kering juga tidak mencair karena jika suhu dinaikkan (pada tekanan konstan 1 atm), CO2 padat akan langsung berubah menjadi CO2 fasa gas tanpa harus menjadi fasa liquid dulu. Hal tersebut membuat es krim yang dijaga tidak akan basah dan tetap terjaga baik.

Terima Kasih