4_Koefisien transfer massa.pdf

8/18/2019 4_Koefisien transfer massa.pdf

1/28

Latihan Soal(Mass Transfer Coefficient)


2/28

Soal Latihan:

Pada percobaan absorbsi NH3 oleh air di dalam suatu kolom,

diperoleh KG = 0,205 lbmol NH3/jam.ft2.atm. Pada suatu tempat

tertentu di dalam kolom gas mengandung 10% NH3 dan di fasa cair

0,005 lbmol NH3/ft3. Ternyata 95% tahanan total transfer massa ada

di fasa gas. Suhu 68 F, tekanan 1 atm dan konstanta Henry untuk

sistem NH3-air= 0,15 atm.ft3

/lbmol NH3. Hitung koefisien transfermassa lokal dan komposisi pada interface!


3/28

lbmol

atm ft jam

lbmol

atm ft jam

K G

..

878,4

..

205,0

11 22

LGG k

H

k K

11

95% 5%

lbmol

atm ft jam

lbmol

atm ft jam

k G

..634,4

..878,4%95

122

lbmol

atm ft jam

lbmol

atm ft jam

k

H

L

..244,0

..878,4%5

22


4/28

lbmol

atm ft jam

k G

..634,4

1 2

lbmol

atm ft jam

k

H

L

..244,0

2

atm ft jam

lbmol k G

..216,0

2

jam

ft

lbmol

atm ft jam

lbmol

ft atm

lbmol

atm ft jam

H k L

615,0..

244,0

.

15,0

..24,0

2

3

2

atmatm p G A 1,011,0,

3, 005,0 ft

lbmol C L A


5/28

interface

G

gas

phase

liquid phaseG A p ,

*

A p L AC ,

c o n c e n t r a t i o n

o f A

distance z

L A A C H p ,* .

Keseimbangan:

atm ft

lbmol

lbmol

ft atm p A 00075,0005,0

.15,0

3

3*


6/28

interface

G

gas

phase

liquid phaseG A p ,

*

A p L AC ,

c o n c e n t r a t i o

n

o f

A

distance

zLaju transfer masa overall di fasa gas:

*

, AG AG A p p K N

22 .

0203,000075,01,0..

205,0 ft jam

lbmol atm

atm ft jam

lbmol N A


7/28

Laju transfer masa lokal di fasa gas:

i AG AG A p pk N ,,

atm

atm ft jam

lbmol

ft jam

lbmol

atm

k

N p p

G

AG Ai A

0,00602

..216,0

.0203,00,1

2

2

,,


8/28

Laju transfer masa lokal di fasa cair:

L Ai A L A C C k N ,,

3

3

2

,,

0,038

005,0

615,0

.0203,0

ft

lbmol

ft

lbmol

jam

ft

ft jamlbmol

C k

N C L A

L

Ai A


9/28

Koefisien transfer masa lokal

• di fasa gas:

• di fasa cair:

Komposisi di interface

3,0,038

ft

lbmol C i A

atm ft jam

lbmol k G

..

216,02

jam

ft k L 615,0

atm p i A 0,00602,


10/28

Analogi

Perpindahan Massa dan Panas


11/28

Pengantar Dasar-dasar Perpindahan Panas

Untuk analisis perpindahan panas diperlukan dua konsep

fundamental:

1. Neraca panas dan hukum kekekalan panas

2. Kecepatan perpindahan panas

Driving force untuk perpindahan panas adalah beda suhu (ΔT).

Kecepatan perpindahan panas dinyatakan dalam Q dengan

satuan energi/waktu

Perpindahan panas terjadi melalui tiga mekanisme:

1. Konduksi

2. Konveksi

3. Radiasi


12/28

Konduksi

Perpindahan panas yang terjadi jika panas mengalir dari tempat

yang suhunya lebih tinggi ke tempat yang suhunya lebih rendah,

tetapi media untuk perpindahan panas tidak mengalir ke tempat

yang suhunya lebih rendah.

Hukum Fourier untuk konduksi:

dx

dTk.A.Q

Q : kecepatan perpindahan panas, Joule/detik, Wattk : konduktivitas panas, J/detik.m.oC, Watt/m.oC

A : luas perpindahan panas, m2

: gradien suhu pada arah x, oC/m


13/28

Bahank

W/m.oC Btu/jam.ft.oF

Logam

Perak(murni)Aluminium (murni)

Besi (murni)

410202

73

237117

42

Bukan Logam

Kaca

Serbuk gergaji

Batu pasir

0,78

0,059

1,83

0,45

0,034

1,06

Zat Cair

Air

Minyak Pelumas

0,556

0,147

0,327

0,085

Gas

Udara

Hidrogen

0,024

0,175

0,0139

0,101


14/28

Konduksi

Berdasarkan sifatnya:

•Steady state

•Unsteady state

Berdasarkan arahnya:

•Satu arah (one dimensional)

•Lebih dari satu arah (multi dimensional)


15/28

Konveksi

Perpindahan panas yang terjadi jika cairan atau gas yang suhunyatinggi mengalir ke tempat yang suhunya lebih rendah,

memberikan panasnya pada permukaan yang suhunya lebih

rendah.

Hukum Newton untuk konveksi:

)Th.A.(TQ w

)T(Tw dengan

Q : kecepatan perpindahan panas, Joule/detik, Watt

h : koefisien perpindahan panas secara konveksi, J/detik.m2.oC,

Watt/m2.oC



16/28

Konveksi

Konveksi alam/konveksi bebas (natural convection):

Fluida mengalir secara alamiah/ tidak dipompa/tidak dihembus.

Fluida dapat mengalir secara alamiah karena adanya perubahan sifat

fisis (terutama rapat massanya)

Konveksi paksaan (forced convection):

Fluida mengalir karena dipompa/ditekan

Contoh: alat penukar kalor (HE)

Perpindahan panas konveksi alam dan konveksi paksaan berbeda

pada nilai h (koefisien perpindahan panas konveksi). Secara

umum nilai h untuk konveksi paksaan lebih besar dibandingkan

nilai h untuk konveksi alam.


17/28

Modush

W/m2.oC Btu/jam.ft2.oF

Konveksi bebas

plat vertikal tinggi 0,3 m di udara

Silinder horisontal, diameter 5 cm

di udara

Silinder horisontal, diameter 2 cm

dalam air

4,5

6,5

890

0,79

1,14

157

Konveksi Paksaan

Aliran udara melintas silinderdiameter 5 cm, kecepatan 50 m/s

Air 0,5 kg/s mengalir di dalam

tabung 2,5 cm

180

3500

32

616


18/28

RadiasiPerpindahan panas yang terjadi karena pancaran elektromagnetik

dengan panjang gelombang tertentu, sehingga tidak memerlukan

media (dapat terjadi pada ruang hampa).

Hukum Stefan-Boltzman untuk radiasi:

4T.A..Q

dengan T dalam K

Q : kecepatan perpindahan panas, Joule/detik, Watt

ϵ : emisivitas, (bernilai maksimal 1 untuk benda hitam

sempurna)

σ : konstanta Stefan-Boltzman= 5,7 x 10 -8 Watt/m2.K4

= 0,1713 x 10-8 Btu/jam.ft2.R4



19/28

Analogi perpindahan massa dan perpindahan panas diperlukan

untuk menganalisis kasus-kasus yang melibatkan perpindahan

massa yang simultan dengan perpindahan panas.

Analogi perpindahan massa dan panas memerlukan pengetahuan

mengenai bilangan tak berdimensi (dimensionless number ).

Pada beberapa kasus, analogi tersebut dapat digunakan untuk

menentukan tebal lapisan film efektif dan dapat pula digunakan

untuk menentukan mana yang lebih dominan antara perpindahan

molekular dan perpindahan konvektif.Beberapa teori analogi yang terkenal yaitu analogi Reynolds dan

analogi Chilton-Colburn

Pada perpindahan panas, beberapa kombinasi dari bilangan tak

berdimensi dapat digunakan untuk mengestimasi nilai koefisienperpindahan panas konveksi (h).

Pada perpindahan massa beberapa kombinasi dari bilangan tak

berdimensi dapat digunakan untuk mengestimasi koefisien

perpindahan massa (kG, kY, kL, kx, dsb)


20/28


21/28


22/28


23/28


24/28


25/28


26/28


27/28


28/28

4_Koefisien transfer massa.pdf

Documents

Transcript of 4_Koefisien transfer massa.pdf