GASES & VAPORS

R. Baskara Katri Anandito, S.TP, MP.

Mata Kuliah : Satuan Operasi Industri Pangan I

Program Studi : Ilmu & Teknologi Pangan UNS

1. Pendahuluan

• Pada beberapa proses pengolahan makanan, sangatpenting untuk mengetahui sifat-sifat gas dan uap.

• Pada proses pengeringan, udara panas digunakanuntuk menguapkan air yang ada pada bahan hasilpertanian.

• Pada penyimpanan produk, terjadi perubahan kadarair antara produk dan udara lingkungan.

• Ada perbedaan pengertian antara gas dan uap.

• The term vapours refers to the gaseous state ofsubstances that are normally liquid at roomtemperature, ex : water, alcohol, and most organicsolvent.

2. Tekanan

Contoh :

1. Berapakah tekanan absolut (kPa) di dalam evaporator yang

bekerja pada tekanan vakum 20 in.Hg ? Tekanan atmosfer 30

in.Hg.

kPa 33,863

Pa 1000

kPa x

in.Hg

Pa 3386,38 x in.Hg 10

in.Hg 10

Hg in. 20) - (30

P - P Pvakumatmosferabsolut

R = konstanta gas = 8,318 kJ/(kg mol. K) ; 0,08206 L

(atm) / (gmol K); 1545 ft lbf / (lb mol. 0R)

• Jika mol gas (n) konstan sedangkan R juga konstan,maka :

3. Persamaan Gas Ideal

2

22

1

11

T

VP

T

VP

• Persamaan umum gas ideal juga bisa dinyatakan :

dengan W = massa gas; M = berat molekul; ρ =

densitas gas.

RT

PM

V

W

RT M

W PV nRT PV

Contoh :

1. Hitunglah kuantitas oksigen yang masuk ke dalam kemasan

selama 24 jam jika bahan kemasan tersebut mempunyai luas

permukaan 3000 cm2 dan permeabilitas kemasan terhadap

oksigen 100 cm3 / (m2) (24 jam) STP (standard temperature and

pressure = 0 0C dan 1 atm) !

3

2

22

2

2

3

cm 30

)cm (3000 x cm (100)

m 1 x jam 24 x

jam) (24 m

cm 100 V

jam 24 dalamkemasan kemasuk yangoksigen Volume

gmol 0,001339

cm 1000

L 1 x

K) (273 K)] (gmol. / L(atm) [0,08206

)cm (30 atm 1 n

RT

PV n

nRT PV

3

3

Dengan menggunakan R = 0,08206 L (atm) / (gmol.K) maka :

2. Sebuah proses memerlukan gas 10 m3/s pada 2 atm dan 20 0C.

Tentukan kecepatan kompresor (m3/s pada kondisi STP) yang

harus digunakan untuk menyuplai udara pada proses

tersebut!

V1 = 10 m3/s; T1 = (273 + 20) K = 293 K; P1 = 2 atm = 202650 N/m2

P2 = 1 atm = 101325 N/m2 ; T2 = (273 + 0) K = 273 K

V2 = ..... ???

/sm 18,635

)N/m (101325 K) (293

K) (273 /s)m (10 )N/m (202650

PT

TVP V

T

VP

T

VP

3

2

32

21

211

2

2

22

1

11

3. Hitunglah volume CO2 (ft3) pada 70 0F dan 1 atm, yang

diproduksi dari penguapan 1 lb dry ice! Diketahui M = 44

lb/lbmol

2

f2

2

2

f/ftlb 2116,8

ft

in 144 x

in

lb 14,7 atm 1 P

lbmol 0,02273 mol lb / lb 44

lb 1

M

W n

3

2

f

0

0

f

00

ft 8,791

ft / lb 2116,8

R530 x

R)( lbmol

lbft 1545 x lbmol 0,02273

P

nRT V

R530 460 F70 T

• Gas dan uap yang berada pada suatu campuran,

masing-masing memiliki tekanan sendiri-sendiri

4. Campuran Gas

Contoh :

1. Hitunglah jumlah udara dalam headspace sebuah kaleng pada

20 0C jika tekanan vakum dalam kaleng 10 in.Hg! Tekanan

atmosfer 30 in.Hg. Volume headspace 16,4 cm3. Headspace

tersebut telah jenuh dengan uap air. Tekanan uap air pada 200C adalah 2336,6 Pa.

kgmol 10 x 4,4 K) (293 J/kgmol.K) (8318

)m10 x (1,64 )N/m (65391,4

RT

VP n

Pa 65391,4 Pa 2336,6) - (67728

P -Pt P

K 293 273 20 T

m 10 x 1,64 cm

m 10 x cm 16,4 V

Pa 67728 in.Hg

Pa 3386,38 x in.Hg 10)-(30 Pt

7-

35-2

udara

udara

air uapudara

35-

3

36-

3

• Jika sebuah kontainer tertutup dikondisikan pada

suhu konstan dan diisi dengan air, maka molekul

dari air tersebut akan menguap dan tekanan uap air

akan meningkat. Semakin lama, tekanan yang

disebabkan oleh uap air tersebut akan mencapai

kesetimbangan, yaitu kecepatan penguapan sama

dengan kecepatan kondensasi. Pada keadaan

tersebut, uap air berada pada kondisi jenuh

(saturated water vapour)

5. Saturated Vapors

Persamaan Clausius-Clapeyron

dengan ΔHV adalah panas penguapan; P adalah tekanan uap

pada suhu T; R adalah konstanta gas; P1 adalah tekanan uap

pada suhu T1

• Jika saturated vapors dipanaskan pada kondisi

tekanan konstan, suhu uap tersebut akan menigkat

di atas suhu saturasinya dinamakan superheated

vapors

6. Superheated Vapors

Contoh Soal :

1. Gunakan tabel uap air (steam tables) :

a) Enthalpy of liquid water pada 50 0C, 100 0C, dan 120 0C

b) Enthalpy of saturated steam pada 50 0C, 100 0C, dan 120 0C

c) Panas laten penguapan pada 50 0C, 100 0C, dan 120 0C

Jawab :

a. Enthalpy of liquid water :

50 0C = 0,20925 MJ/kg

100 0C = 0,41908 MJ/kg

120 0C = 0,50372 MJ/kg

dst

2. Berapakah panas laten penguapan air pada suhu 104 0C ?

Pada steam tables, posisi 104 0C berada di antara 102,5 0C

dan 105 0C interpolasi

Dari steam tables didapatkan panas laten pada suhu :

102,5 0C = 2,25035 MJ/kg

104 0C = ....... ???

105 0C = 2,24354 MJ/kg

INTERPOLASI seperti membuat persamaan garis yang melewati

dua titik

.....? y ; C 104 x

MJ/kg 2,24354 y ; C 105 x

MJ/kg 2,25035 y ; C 102,5 x

)y,B(xdan )y,A(x titik Misal

0

2

0

2

1

0

1

2211

2,246264 y

5,61566 y 2,5

5,625875 2,5y - 0,010215

10 x 6,81

2,25035 -y

2,5 -

1,5

2,24354 - 2,25035

2,25035 -y

105 - 5,102

102,5 - 104

y - y

y -y

x- x

x-x

3-

21

1

21

1

Jadi panas laten penguapan pada suhu 104 0C = 2,246264 MJ/kg