SATUAN

SISTEM PEMAKAIAN SATUANSistem Pemakaian Panjang Massa waktu Suhu Gaya Energi

Inggris

Absolut Ilmiah foot Lbm second F poundal Btu

Engineering industrial (inggris)

foot slug second F Lbf Btu

Engineering industrial (Amerika)

foot Lbm second F Lbf Btu

Metrik

Cgs (ilmiah) cm gram second C dyne Calory

MKS (industrial) meter kg second C Kg force Kilocalori

SI (universal) meter kg second K Newton Joule

Beberapa Pengertian

• 1 poundal adalah gaya yang bekerja pada massa sebesar 1 lbm dan memberikan percepatan 1 foot/sc^2

• 1 slug adalah massa suatu benda dimana bila ada gaya sebesar 1 lbf akan memberikan percepatan sebesar 1 foot/sc^2

• 1 lbf adalah gaya yang bekerja pada massa sebesar 1 lbm yang memberikan percepatan pada massa itu sebesar gravitasi standar (32,2 ft/sc^2)

FAKTOR KONVERSI

Konversi dari satuan juga diperlukan bila dilakukan modifikasi sebuah persamaan hubungan antara berbagai besaran.misalnya satu atau lebih dari satuan yang ada harus diubah menjadi satuan yang lain.Contoh: Persamaan untuk koefisien transfer panas ke atau dari suatu aliran gas didalam pipa yang turbulen dapat dinyatakan sebagai berikut:

2,0

8,0

2,0

8,0 ..6,16

D

GCp

D

GCph

Dengan :

Cp = kapasitas panas, Btu/lb 0F

D = Diameter dalam pipa, inch

G = Kecepatan massa, lb/ft2.scc

h = koefisien transfer panas, Btu/jam ft2 0F

Alpa = tetapan perbandingan

Diinginkan untuk mengubah satuan dan besaran-besaran yang ada pada persamaan diatas sebagai berikut:

2,0'

8,0''' .

D

GCph

Dengan:

Cp’= kcal/kg 0C G’ =kg/scc.m2

D’ = cm h’ = kcal/jam.m2.0C

Faktor konversi yang diperlukan adalah:

3,966 Btu/kcal = 1 3,281 ft/m = 1 0,3937 inch/cm =1

2,205 lb/kg = 1 9/5 beda suhu 0F / beda suhu 0C = 1

Pemakaian sistem dimensi

• Terdapat sistem dimensi yang berbeda (berbeda dalam jenis dimensi yang dipakai dan jumlah dimensi dasar)

• Dalam dimensi dengan 3 dimensi dasar (MLt), maka dimensi gaya dinyatakan dengan hukum newton II, f = k.m.a

• Sistim dengan 4 dimensi dasar (FMLt), harus hati-hati menggunakan dimensi dasar massa dan gaya secara bersamaan: f=k.m.a

LM

tFk

t

LMkF

2

2

• Harga numerik k tergantung dari sistem satuan yang dipakai

• Bila satuan gaya adalah pound force (lbf), maka defenisi 1 lbf adalah gaya yang bekerja pada massa sebesar 1 lbm yang memberikan percepatan pada massa itu sebesar gravitasi standard yaitu 32,174 ft/scc2

Pemakaian sistem dimensi lanjutan

• (1 lbf ) = k (1 lbm)(32,174 ft/scc2

2174,32)(1(

1

sccft

lb

lbk

m

f

(1/k) = 32,174 (lbm)(ft)/(lbf)(scc2) ; (1/k) dikenal dengan term gc

Dimensi gc adalah (M)(L) / (F)(Θ2))

Maka hukum newton II dinyatakan dengan : f = (m)(a) / gc)

Persamaan diatas dipakai jika F dan M dipakai bersama-sama

Bila tidak dipakai secara bersamaan, maka cukup ditulis dengan

f = m.a, hal ini berarti harga k = 1, dan k tidak berdimensi

CHEMICAL ENGINEERING TOOLS

CHEMICAL ENGINEERING TOOLS

CHEMICAL ENGINEERING TOOLS

Kesimpulan Materi Minggu Ini• Pengertian dimensi dan contoh

• Pembagian dimensi : dasar dan turunan• Pembagian dimensi berdasarkan jumlah

dan macam dimensi dasar :Absolut, Gravitasi, Gabungan dan keempat

• Pengertian satuan dan contoh• Sistem pemakaian satuan :Inggris dan

Metrik• Faktor konversi : Tunggal maupun dalam

persamaan• Chemical Engineering Tools

ANALISA DIMENSI

ANALISA DIMENSI • Bagian Penting dalam Teknik Kimia,

penggunaannya cukup luas dari persoalan sederhana sampai dengan kompleks

• Dalam perancangan penelitian sangat dipahami analisa dimensi, dikarenakan pengetahuan matematika yang terbatas, misalnya : menentukan satuan tetapan gas R dalam gas gas ideal.

Mis : 1 mol gas ideal, suhu 0C, tekanan 1 atm dan volume 22,4 liter

1 lbmol gas, tekanan 1 atm, suhu ideal 32 F, volume 359 cuft.

SISTEM DIMENSI Beberapa persamaan tidak dapat dipecahkan secara kuantitatif, maka penyelesaiannya ditempuh dengan jalan pendekatan yang diperoleh melalui penentuan variabel-variabel yang berpengaruh, kemudian dikalikan dengan suatu konstanta dan pangkatnya dengan kontanta yang lain. Konstanta dan pangkat ini dicari secara eksperimental, cara demikian dikenal dengan analisa dimensi.

Analisa Dimensi

Cara Rayleigh

• Tentukan variabel yang berpengaruh

• Tentukan dimensi masing-masing variabel

• Tentukan dimensi dasar yang akan digunakan

• Tentukan eksponen tak terikat dengan cara (n-1-r),

dimana n = jumlah variabel yang berpengaruh, r =

jumlah dimensi dasar yang digunakan.Jumlah KTD

yang didapat = eksponen terikat

• Tentukan KTD yang dapat diharapkan

Contoh metode Reyleigh 1.Carilah rumus untuk jarak jatuh bebas suatu

benda dalam vakum. S = f(g,t), persamaan ketemu S= k gt^2

2.Untuk fluida ideal, nyatakan rumus Q melalui orifice dengan diameter orifice D, kerapatan ρ, dan beda tekanan P. Persamaan yang didapat Q= ρ^-1/2. P^1/2.D^2

3. Tentukan rumus daya untuk mengaduk cairan dalam tangki. P = ρ, μ, g, N, d, D. d=diameter pengaduk, D=diameter tangki.

Cara Phi Buckingham

Cara Phi Buckingham

• Tentukan variabel yang berpengaruh

• Tentukan dimensi masing-masing variabel

• Tentukan dimensi dasar yang akan digunakan

• Tentukan eksponen tak terikat dengan cara (n-r),

dimana n = jumlah variabel yang berpengaruh, r =

jumlah dimensi dasar yang digunakan.Jumlah KTD

yang didapat = eksponen tak terikat

• Tentukan KTD yang dapat diharapkan

Teori Phi-Buckingham

1.Kelompok tak berdimensi dihasilkan melaluai persamaan

∏1 = Q1˄a1 . Q2˄a2 ..................2. Jumlah minimum kelompok tak berdimensi (

n - r )

Teori Phi-Buckingham

Contoh :Diinginkan untuk menentukan KTD yang dapat mengkorelasikan data eksperimental tentang koefisien transfer panas pada peristiwa transfer panas antara dinding pipa lurus yang berpenampang lingkaran dan fluida yang mengalir didalamnya.

Variabel yang berpengaruh1. Film coefisient of heat transfer (h) 2. Conduct linear velocity (D)3. Fluid Linier velocity (v)4. Fluid Density (ρ)5. Fluid Thermal Conductivity (k)6. Fluid absolut viscosity (μ)7. Fluid Spesifik Heat ( Cp)8. Dimensional Contant (gc)

DIMENSI DASAR YANG DIPAKAI

1. h = F / LtT2. D = L3. V = L / t4. ρ = M / L˄35. k = F /tT6. μ = M /Lt7. Cp = FL / MT8. gc = ML / Ft˄2

Besaran terikat : D,v,μ,k, gcBesaran tak terikat : h,cp,ρ

∏1 = (D˄a)(v˄b)(μ˄c)(k˄d)(gc˄e)(h)

SIMILARITAS TEKNIK

SIMILARITAS TEKNIKSimilaritas teknik adalah sebagai pendekatan “kelakuan” suatu peristiwa yang menyangkut proses, alat ataupun suatu industri. Yang dimaksud dengan “kelakuan” adalah sifat-sifat fisik dari sistem yang berupa bentuk, ukuran, dan komposisi.Misalnya hendak membuat suatu pabrik, melalui beberapa proses pekerjaan yaitu skala pilot plant yang menggambarkan pabrik yang sesungguhnya dibuat terlebih dahulu sebelum membangun pabrik yang sebenarnya. Pada skala kecil dibuat unit-unit yang merupakan model mewakili unit lebih besar sebagai prototipenya.

Unit kecil sebagai model tidak selalu lebih kecil dari prototipenya dan lebih dahulu ada. Pada alat yang sudah tersedia khususnya pada suatu industri yang sudah berjalan, bisa saja digunakan sebagai model untuk mendapatkan alat yang lebih baik “performancenya”

BEBERAPA MACAM MODEL YANG DIGUNAKAN DALAM SIMILARITAS TEKNIK

• True Model: model yang semua ukurannya mempunyai perbandingan yang sesuai dengan prototipenya. Model secara geometrik dan harus memenuhi semua batasan-batasan kondisi perancangan

• Adequete model: model yang dapat meramalkan suatu sifat prototipenya yang akan dibuat,tetapi tidak perlu memberikan hasil ramalan yang baik untuk sifat-sifat lainnya.

• Distorted model: model yang mengalami perubahan bentuk bila dibandingkan dengan prototipenya, sehingga memerlukan koreksi untuk persamaan peramalnya

• Diasimilar model: model yang tidak serupa dengan prototipenya.

MACAM SIMILARITASSimilaritas teknik itu ada bila terdapat perbandingan skala antara model dan prototipenya.•Similaritas Geometrik: Dua benda dikatakan similaritas secara geometrik bila setiap titik dalam benda yang satu terdapat titik-titik yang sama dengan benda yang lain, atau lebih mudah dikatakan bahwa dua benda tersebut sebangun dengan perbandingan yang tetap. Model dan prototipe dikatakan similar secara geometrik bila perbandingan ukuran panjang yang seletak dalam model dan prototipenya sama.(xm/xp)=(ym/yp)=(zm/zp)=(Lm/Lp)=Lr (m=model)Bila xm/xp=xr, ym/yp=yr, zm/zp=zr, maka xr=yr=zr=Lr. Bila xr.yr,zr tidak sama, similaritas dinamakan similaritas terdistorsikan.

• Similaritas Mekanik: Similaritas mekanik menyangkut similaritas-similaritas statik, kinematik, dan dinamik. Masing-masing similaritas ini dapat dianggap sebagai perluasan dari similaritas geomerik ke sistem yang tidak bergerak atau dipengaruhi oleh gaya

• Similar Statik : Benda-benda yang similar secara geometrik akan similar pula secara statik, bila dibawah pengaruh tegangan tetap, depormasi relatifnya adalah sedemikian rupa hingga mereka tetap similar secara geometrik.

• Similarita Kinematik : Sistem yang bergerak yang similar secara geometrik adalah similar secara kinematik, bila partikel-partikel yang bersesuaian mengikuti jejak yang similar secara geometrik dalam interval waktu yang sesuai

• Similarita Dinamik : Sistem-sistem yang bergerak yang similar secara geometrik adalah similar secara dinamik, bila perbandingan gaya-gaya yang bersesuaian adalah sama.

Pelaksanaan Similarita Untuk melaksanakan similarita ditentukan adanya model, meramalkan prototipe yang dirancang. Untuk dapat meramalkan sifat atau kelakukan prototipe suatu alat, dapat dipakai alat lain sebagai model dengan ukuran yang lain asal memenuhi persyaratan-persyaratan similarita.

Persamaan umum dalam analisa dimensi : ∏0 = B ∏1^c1. ∏2^c2. ∏3^c3................... ∏n^cn

Dalam peristiwa yang sama untuk model didapatkan:∏m = B ∏1m^c1. ∏2m^c2. ∏3m^c3................... ∏nm^cn

Dan untuk Prototipenya :∏p = B ∏1p^c1. ∏2p^c2. ∏3p^c3................... ∏np^cn

Model dan Prototipe dikatakan similar lengkap, bila:

∏m = ∏p∏1m = ∏1p∏2m = ∏2p∏3m = ∏3p∏nm = ∏np

Bentuk ∏m = ∏p dinamakan sebagai persamaan peramal, dan ∏1m = ∏1p dan seterusnya dinamakan persamaan persyaratan perancangan dan operasi

Contoh Soal:Cairan yang sangat encer mengalir keluar dari tangki atmosferik, bagaimanakah perbandingan jumlah volume cairan tiap satuan waktu yang keluar dari 2 tangki yang geometri similar ? Jawab :Qm/Qp = Lm^3/tm = Lr^3/tr ............................................(1) Lp^3/tmkarena cairan sangat encer, yang berpengaruh terutama gaya berat dan gaya inersia, berarti yang berpengaruh adalah bilangan Fraude.

Lm.gm = Lp. gp Vm^2 Vp^2

gm = gp dan Vm = Lm/tm serta Vp = Lp/tpMaka diperoleh : tr^2 = Lr atau tr = Lr^0,5

Nilai tr dimasukkan ke persamaan (1), maka didapatkan:

Qm/Qp = Lr ^5/2

Proses dan variabel proses, massa dan volume, komposisi, tekanan,suhu,dan teknik penyelesaian soal

Proses dan variabel proses, massa dan volume, komposisi, tekanan,suhu,dan teknik penyelesaian soal

Proses: Suatu deretan operasi/kegiatan yang menyebabkan terjadinya suatu perubahan fisis atau kimiawi didalam suatu bahan atau campuran bahan.

Input (feed) Output (product)Suatu unit proses adalah suatu unit alat atau kegiatan yang didalamnya dilakukan operasi yang merupakan salah satu penyusun kegiatan didalam suatu proses. Setiap unit proses berhubungan dengan aliran proses masuk dan keluar yang terdiri dari bahan-bahan yang masuk serta keluar dari unit

Sebagai seorang sarjana TK (chemical Engineer) kadang-kadang mendapat tugas untuk merancang bangun (design) berbagai unit proses terutama antara lain: Reaktor, destilasi, HE, mengevaluasi jalannya suatu proses, atau memodifikasi perancangan proses untuk mengadakan perubahan pada karakteristik umpan atau produk.Diperlukan pengetahuan tentang: Jumlah, komposisi, dan kondisi.

• Massa dan Volume • Komposisi Kimia : dapat dinyatakan dalam beberapa

term baik gas, cair maupun padat (fraksi massa, fraksi mol, fraksi atom, fraksi volum, konsentrasi)

• Konsentrasi dinyatakan dalam massa/volum,mol/volum, untuk yang kecil bagian per sejuta (ppm)

• Beberapa term konsentrasi yang penting ( normality = jumlah gram ekivalen dari solut per liter larutan, molarity = jumlah gmol solut per liter larutan, molality= jumlah gmol solut per 1000 gram solvent)

• Tekanan• Suhu• Teknik Penyelesaian soal

Soal 1. Cairan mengandung 40% massa etil alkohol dan 60%

massa air pada suhu 300C dan tekanan 1 atm. Hitunglah fraksi mol etil alkohol dan air, konsentrasi etil alkohol (g/L larutan), konsentrasi etil alkohol (lbmol/cuft larutan), diketahui densitas etil alkohol 40% pada 300C adalah 0,9389 g/cm3

2. Larutan asam sulfat 0,50 molar mengalir kedalam unit proses pada kecepatan 1,25 m3/menit, specifik gravity larutan 1,03. Hitunglah: Konsentrasi H2SO4 (kg/m3), kecepatan aliran massa H2SO4 (kg/det), dan fraksi massa H2SO4 dalam larutan

Basis : massa cairan 100 lbm, fraksi mol etanol 0,4.fraksi mol air 0,6. sehingga massa etanol =(100)(0,4)=40; massa air= (100)(0,6)=60.

mol etanol =(40/46,1)=0,87 lbmol; mol air=(60/18)=3,33 lbmol ; total mol =(0,87+3,33)=4,2 lbmol.

a. Fraksi mol etanol = (0,87/4,2)(100%)=20,71%; fraksi mol air =(3,33/4,2)(100%)=23,81%

b. Basis 1 Liter larutan massa 1 liter larutan = 0,9389 gram/cm3=938 gram/liter massa etil alkohol =938x0,4 = 375 gram/liter c. Basis 1 cuft larutan ; massa 1 cuft larutan = (1cuft)(0,938

g/cm3)(62,3 lbcuft/g/cm3) = 58,4 lbm/cuft

2. a. Konsentrasi H2SO4=(0,5 gmol H2SO4/L)(98 g/gmol)(1kg/103 g)(103L/M3) =49 kg H2SO4/m3

b. Kecepatan aliran massa H2SO4 =(1,25m3/men)(49H2SO4/m3)(men/60det) =1,02 kg H2SO4/detik

c. Fraksi massa H2SO4 dalam larutan =(kecepatan aliran massa H2SO4/kecepatan aliran massa total); rho larutan (1,03)(1000kg/m3)=1030 kg/m3. kecepatan aliran massa (kg/det)=(Q)(rho)=(1,25 m3 larutan/menit)(1030kg/m3 larutan)(menit/60det)=21,46 kg/det

Fraksi massa H2SO4=(1,02 kg H2SO4/det)/(21,46 kglarutan/det)= 0,048 kgH2SO4/kg larutan

Pesamaan kimia,Hubungan stoikiometri dan reaktan berlebih, Konversi Reaksi, Perolehan (Yield), Purging, Recycle dan By Pass

Dalam reaksi kimia, stoikiometri reaksi kimia harus diperhatikanContoh suatu persamaan reaksi :

a A + b B c C + d DReaksi di atas mempunyai arti:1. Kualitatif, yaitu bahan apa yang direaksikan dan yang dihasilkan.Bahan A dan B merupakan reaktan atau pereaksi.Bahan C dan D merupakan produk atau hasil reaksi.2. Kuantitatif, yaitu perbandingan mol-mol sebelum dan sesudah reaksi.

Jika 1 mol A bereaksi maka (b/a) mol B yang bereaksi.

Dalam reaksi kimia, stoikiometri reaksi kimia harus diperhatikanContoh suatu persamaan reaksi :

a A + b B c C + d DReaksi di atas mempunyai arti:1. Kualitatif, yaitu bahan apa yang direaksikan dan yang dihasilkan.Bahan A dan B merupakan reaktan atau pereaksi.Bahan C dan D merupakan produk atau hasil reaksi.2. Kuantitatif, yaitu perbandingan mol-mol sebelum dan sesudah reaksi.

Jika 1 mol A bereaksi maka (b/a) mol B yang bereaksi.

Dalam perhitungan kuantitatif sistem reaksi yang demikian, perlu diketahui beberapa istilah seperti di bawah ini :1. limiting reactant (reaktan pembatas)Reaktan yang jumlah molnya paling sedikit bila ditinjau dari segistoikiometri.Atau reaktan yang akan habis terlebih dahulu dibanding reaktan lainnya.2. Excess reactant (zat reaktan yang berlebihan).3. Percent excess of reactant = persen kelebihan reaktan yang berlebih.

Teoritis merupakan kondisi jika limiting reactant habis bereaksi

4. Konversi

5. Yield/Rendemen.

nilai konversi = 0 sampai dengan 100%( =1,00)

Di dalam proses industri sering terdapat usaha-usaha untuk menaikkan yield / perolehan proses atau untuk penghematan bahan/energi diperlukan langkah-langkah pengaturan proses seperti recycle, by pass dan purge.Pengaturan proses ini tidak terbatas pada proses-proses yang memakai reaksi kimia tetapi juga pada proses-proses tanpa reaksi kimia.

Di dalam proses industri sering terdapat usaha-usaha untuk menaikkan yield / perolehan proses atau untuk penghematan bahan/energi diperlukan langkah-langkah pengaturan proses seperti recycle, by pass dan purge.Pengaturan proses ini tidak terbatas pada proses-proses yang memakai reaksi kimia tetapi juga pada proses-proses tanpa reaksi kimia.

Ada kalanya fresh feed masuk mengandung zat impurities (pengotor). Impurities ini akan ikut pula di-recycle, sehingga makin lama jumlahnya makin banyak (menumpuk) dan mungkin akan mengganggu proses. Untuk mengatasinya maka harus ada aliran yang keluar proses guna membuang sebagian impurities tersebut yaitu yang disebut purge (aliran pembuangan).

Dengan diagram-diagram di atas dapat diambil daerah-daerah dengan batasan tertentu untuk dibuat neraca bahannya dan dapit pula dibuat neraca bahan keseluruhan proses