Makalah Pemicu 1 Termodinamika_Kelompok 6

i | P a g e

MAKALAH TERMODINAMIKA

PEMICU I

PVT Properties of a Pure Substance

Disusun Oleh:

KELOMPOK 6

Astrini (1306370493)

Mega Puspitasari (1306370713)

Pangiastika Putri W (1306370404)

Rayhan Hafidz (1306409362)

Salaha Harahap (1306423190)

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK, FEBRUARI 2015

ii | P a g e

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Illahi Robbi, karena berkat rahmat dan

karunia-Nya kami dapat menyelesaikan Tugas Makalah Termodinamika mengenai PVT

Properties of a Pure Substance. Sehingga kami dapat menyusun serangkaian data mengenai

masalah terkait yang dibuat dalam bentuk makalah.

Dalam makalah ini terdapat jawaban pembahasan pemicu yang disajikan secara

sistematis dengan sumber informasi yang mendukung untuk membantu menjawab pemicu

yang diberikan. Data-data yang diperoleh sebagian diambil dari sumber terpercaya dan dapat

dibuktikan keasliannya.

Tak luput ucapan terimakasih atas segala bantuan sumber referensi yang telah diberikan

anggota kelompok serta dukungan dari dosen pebimbing yang menuntun lancarnya proses

penyusunan makalah ini secara sistematis.

Akhirnya Tiada ada gading yang tak retak , kami menyadari bahwa kesempurnaan

masih sangat jauh dalam penulisan makalah ini. Oleh sebab itu segala bentuk kritik dan saran

yang membangun sangat diperlukan guna menunjang pembuatan makalah yang lebih baik lagi.

Kami berharap makalah yang sudah tersusun ini dapat menjadi sebuah informasi yang

bermanfaat bagi pembaca.

Depok , 26 Februari 2015

Penyusun

1 | P a g e

PEMBAHASAN PEMICU

Tugas I

Kemi would like to learn about p-v-T (pressure-volume-temperature) diagram of pure

compound all by himself as his thermodynamics class instructor encouraged the students

to improve their self-directed learning skill. Kemi ask you the following questions, could

you help?

a. 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)

Answer :

Gambar 1. Diagram PVT untuk zat yang menyusut ketika dibekukan

Sumber: http://coecs.ou.edu/Feng.Chyuan.Lai/thermoweb/Lecture6/PvT-1.gif

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.

Keadaan fasa tunggal adalah keadaan dimana hanya terdapat padat, cair, maupun uap atau

gas. Pada keadaan fasa tunggal, tekanan, volume, dan suhu saling bebas dan tidak

terpengaruhi oleh satu sama lain. Keadaan dua fasa adalah keadaan dimana terdapat dua

fasa, yaitu padat-cair, padat-uap, dan cair-uap. Dalam keadaan dua fasa, terjadi proses

peleburan, penguapan, dan sublimasi. Pada daerah ini, tekanan dan suhu bukan merupakan

sifat yang saling bebas. Perubahan suhu diikuti oleh perubahan tekanan uap dan sebaliknya.

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. Pada keadaan kritis, tidak ada

lagi perbedaan antara fasa cair fasa dan uap. Suhu pada titik kritis disebut suhu kritis. Pada

titik kritis, fasa cair dan fasa uap terjadi secara bersamaan sehingga volume jenis cairan

2 | P a g e

sama dengan volume jenis uap, volume ini disebut volume kritis. Tekanan pada titik kritis

disebut tekanan kritis.

Pada diagram PVT, juga terdapat garis triple. Garis triple adalah garis yang

menunjukkan kesetimbangan tiga fasa, yaitu fasa padat, fasa cair, dan fasa gas. Tidak ada

perbedaan antara ketiga fasa tersebut dalam keadaan ini.

Gibbs phase rule dirumuskan sebagai

= + 2 (1)

dimana F adalah degree of freedom, C adalah jumlah komponen, dan P adalah jumlah fasa.

Degree of freedom adalah jumlah sifat intensif. Untuk titik triple dengan zat murni, C

berjumlah 1, P berjumlah 3, sehingga F adalah 0. Hal ini menunjukkan bahwa tidak ada

sifat intensif pada titik triple. Titik triple pada suatu zat hanya bisa dicapai dengan tekanan

dan suhu tertentu. Sedangkan pada titik kritis, C berjumlah 1, P berjumlah 2, sehingga F

adalah 1. Hal ini menunjukkan bahwa ada satu sifat intensif pada titik kritis.

b. 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?

Answer :

Gambar 2. Diagram PVT untuk zat yang memuai ketika dibekukan

Sumber: http://coecs.ou.edu/Feng.Chyuan.Lai/thermoweb/Lecture6/PvT-2.gif

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. Namun,

jika proses pendinginan dilanjutkan, air akan memuai kembali dan mengakibatkan air

menjadi lebih ringan.

3 | P a g e

Apabila air pada lapisan permukaan sebuah kolam menjadi dingin pada musim dingin,

air tersebut akan turun ke bawah. Air di bawah yang lebih hangat naik ke permukaan dan

akan mengalami pendinginan. Air yang lebih dingin dan lebih panas terus-menerus berganti

tempat sampai seluruh air yang ada di dalam kolam bersuhu 4C.

Jika air permukaan mengalami pendinginan lebih lanjut, air itu memuai dan menjadi

lebih ringan, sehingga tidak turun ke bawah. Pada suhu 0C, air tersebut membeku menjadi

es, sementara air di dasar kolam masih tetap bersuhu 4C. Oleh karena itu, ikan-ikan yang

ada di dalam kolam yang membeku bisa tetap hidup sepanjang musim dingin.

c. 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.

Answer :

Gambar 3. Diagram PT

Sumber: http://www.metafysica.nl/ontology/phase_diagram_1.gif

Diagram PT dalam gambar diatas benar didapatkan dari proyeksi diagram PVT.

Permukaan padat-cair dari diagram PVT menjadi garis peleburan (garis AB) pada diagram

PT, permukaan cair-uap menjadi garis penguapan (garis AC), dan permukaan padat-uap

menjadi garis sublimasi (garis OA). Garis triple juga diproyeksikan menjadi titik triple (titik

A).

Kemiringan garis sublimasi dan garis penguapan untuk semua zat selalu bernilai positif,

tetapi tidak untuk garis peleburan. Garis peleburan akan bernilai positif jika zat yang

digunakan adalah zat yang menyusut ketika dibekukan, sedangkan untuk zat yang memuai

ketika dibekukan, kemiringan garis peleburan akan bernilai negative.

4 | P a g e

Pada garis penguapan, fasa yang terjadi adalah kesetimbangan antara cair jenuh dan

uap jenuh. Jika cairan berada pada suhu lebih rendah daripada suhu jenuh, hal tersebut

dinamakan cairan subdingin, sedangkan jika tekanan lebih tinggi dari tekanan jenuh, hal

tersebut dinamakan cairan tekan. Uap yang berada pada suhu di atas suhu jenuh disebut

sebagai uap panas lanjut atau sering disebut sebagai gas.

d. 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?

Answer :

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. Zat ini memiliki kemampuan untuk berdifusi melalui benda padat seperti

gas, dan melarutkan benda seperti cairan. Gas superkritis juga dapat mengubah

kepadatannya bila mengubah sedikit suhu dan tekanannya.

Tugas II

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 supercrtical gas?

Could you give definition of :

1. Intensive and extensive variables

Answer:

Sifat intensif adalah sifat dari suatu zat yang tidak tergantung dari ukuran atau jumlah

sistem. Contoh dari sifat intensif adalah konsentrasi, titik leleh, titik didih, tekanan, energi

spesifik, volume spesifik dan suhu.

Variabel ekstensif pada suatu sistem adalah nilai yang besarnya dipengaruhi oleh

jumlah setiap bagian yang menyusun sistem tersebut. Contoh sistem ekstensif adalah maasa,

volume, dan energi. Sedangkan variabel intensif adalah sifat yang tidak dipengaruhi oleh

ukuran atau jumlah sistem, sehingga memiliki variasi di setiap bagian pada waktu yang

berbeda. Dalam diagram P-v-T, contoh sifat intensif adalah tekanan dan temperatur.

Gambar 4. Konsep sifat ekstensif

Sumber : Moran, Michael J. dan Shapiro, Howard N. (2006). Fundamentals of

Engineering Thermodynamics. London : British Library

5 | P a g e

Berdasarkan gambar tersebut, dapat diketahui bahwa massa total dan volume total

merupakan penjumlahan dari setiap bagian yang menyusunnya. Sedangkan temperatur

setiap bagian adalah sama, bukan penjumlahan temperatur dari setiap bagian. Jadi, massa

dan volume adalah sifat ekstensif dan temperatur adalah sifat ekstensif.

2. Isobaric/isochoric/isothermal processes

Answer :

A. Proses Isobarik

Untuk menjelaskan defenisi dari Proses Isobrik dapat dilihat pada gambar dibawah

Pada 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

Gambar 6. Diagram p-V

1 2

V2

V1

Gambar 5. Diagram p-V pada proses isobarik

p

V

6 | P a g e

Pada gambar diatas hubungan tekanan (P) terhadap fungsi volume (V) terlihat bahwa,

tekanan akan terus turun secara dratis pada fasa liquid seiring dengan turunnya suhu dan

volume sedikit tetap tetapi begitu masuk ke fase liquid-vapor tekanan akan konstan (tetap)

dan suhu tetap sehingga volume mengebang dan begitu masuk ke fasa vapor tekanan akan

turun seiring dengan turunnya suhu dan volume sistem mengembang.

Proses isobarik dapat diturunkan dalam persamaan gas ideal

PV = n R T

P V/n = R T

P v = R T

v = R T / P

v/T = R / P = konstan

v/T = konstan

Untuk perubahan keadaan dari keadaan 1 ke keadaan 2

v1 /T1 = v2 /T2 atau v1 /v2 = T1 /T2

dimana :

P = Tekanan V = Volume v = Volume molar

R = konstantagas

T = Suhu

B. Proses Isokhorik

Proses isokhorik (isovolum) merupakan suatu proses perubahan keadaan sistem yang

terjadi pada volume konstan. Proses isokhorik dapat digambarkan sebagai kurva pada

diagram p-T berikut.

Gambar 7 Diagram p-T proses isokhorik

Sumber : Yosef Agung Cahyanta : Termodinamika I PDF

Gambar 7 menunjukkan diagram p-T atau yang biasa dikenal sebagai diagram fase

yang merupakan proyeksi dari permukaan p-v-T. Apabila permukaan diproyeksikan seperti

7 | P a g e

ini, maka daerah dua fase akan tampak sebagai garis. Dimana garis yang menyatakan daerah

dua fase padat-cair pada diagram fase akan miring ke kiri untuk zat yang mengembang

seperti air dan miring ke kanan untuk zat yang menyusut.

Berdasarkan diagram di atas terlihat jelas bahwa untuk setiap tekanan jenuh terdapat

sebuah temperatur jenuh tertentu. Proses isokhorik ini berhubungan dengan beberapa

macam sifat gas ideal berdasarkan hukum gas ideal yang dikemukakan oleh Gay Lussac.

Dimana proses isokhorik yang terjadi pada sistem tertutup akan berlaku hubungan :

= (

) = ...... (2)

= .............(3)

C. Proses Isothermal

Proses isothermal merupakan salah satu proses pada termodinamika yang menunjukkan

suatu perubahan keadaan yang dialami oleh suatu system pada saat suhunya konstan, atau

pada saat T = 0. Pada proses isothermal ini tetap berlaku rumus persamaan gas ideal : p.V

= n.R.T

Karena suhu pada sistem konstan dan nilai n serta R pada rumus persamaan gas ideal

diatas nilainya tidak berubah, maka sesuai dengan rumus tadi dapat dinyatakan p.V =

konstan, sehingga berlaku:

1. 1 = 2. 2 ........(4)

Dan karena suhu sistem konstan, grafik p-V pada proses isothermal menjadi:

Gambar 8. Diagram p-V pada proses isothermal

Sumber :http://1.bp.blogspot.com/_Y57OyyfFNEw/S17jhL5cmUI/AAAAAAAAAG4/HmplGkQ

Etxo/s320/hukum-pertama-termodinamika-9.jpg

8 | P a g e

Tugas III

Using the P-V-T and the p-T/P-V/V-T diagrams for water.

Could you explain why :

1. Water at the top of Himalaya mountain boils at lower temperature than it is in beach

area of Ancol-Jakarta?

Answer :

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.

2. Ice melts under the blade of skater shoe ?

Berdasarkan diagram P-v-T dan diagram P-T sebagai berikut :

Pada peristiwa ice skating, terjadi hukum fasa Gibbs yang menyebabkan es

mencair pada pisau yang berada pada bagian bawah sepatu skater. Hal

tersebut terjadi karena adanya peningkatan tekanan saat sepatu ice skating

digunakan. Berat badan skater hanya bertumpu pada permukaan pisau di

bagian bawah sepatu ice skating yang tipis, lancip, dan memiliki luas

penampang yang kecil. Sehingga dapat meningkatkan tekanan pada

permukaan es yang menyebabkan es dapat mencair. Oleh karena itu,

terbentuk lapisan air di antara ujung pisau sepatu ice skating dengan

permukaan es di bawah sepatu.

Gambar 10. Pisau

pada Sepatu Ice

Skating

Sumber:

en.wikibooks.org

Ice

Gambar 9. Diagram P-v-T zat yang mengembang saat membeku a) Diagram Tiga dimensi

b) Diagram Fasa

Sumber : Moran, Michael J. dan Shapiro, Howard N. (2006). Fundamentals of

Engineering Thermodynamics. London : British Library

9 | P a g e

Pada diagram P-T di samping, suatu fase

padat dapat diberikan tekanan sampai

berubah menjadi fase cair. Hal ini

menunjukkan bahwa diagram P-T tersebut

menggambarkan suatu peristiwa ketika fase

padat lebih tidak rapat daripada fase cair

sehingga dapat ditekan sampai berubah fase

(sifat anomali).

3. Water and water vapor having the same the density at the critical point ?

Answer :

Untuk menjawab pertanyaan diatas dapat dijelaskan pada diagram dibawah

Gambar 11. Proyeksi Dua Dimensi Permukaan P-V-T

Sumber : Anonim. Phases of Matter. Chem.ufl.edu.

Sumber : Smith, J.M., Van Ness, H.C., dan Abbot, M.M. (2001). Introduction to Chemical

Engineering Thermodynamics. ed. 6th. New York : McGraw-Hill

10 | P a g e

Pada gambar 3.2 (a) dan (b) terdapat informasi :

Pada suhu dibawah titik kritis, tekanan akan konstan ketika melalui daerah dua fasa

(liquid-vapor) dapat dilihat pada gambar (b) titik J K tetapi pada daerah satu fasa (liquid

, Vapor dan solid) dapat dilihat pada gambar (a) dan (b) tekanan akan turun . sedangkan

saat temperatur sama atau lebih dari temperatur kritis (Tc) maka tekanan akan terus

menerus turun pada temperatur tetap (isotermal) dan volume spesifik naik dan tidak

memotong padadaerah dua fasa (gambar b).

Pada gambar 3.2 (b) terlihat garis KN dimulainya proses terlihat mulainya cekungan

lebih kecil pada titik K kemudian dengan pemanasan menyebabkan cairan menguap

mengakibatkan cekungan berkurang ke titik N

Pada gambar 3.3 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.

Pada titik kritis volume jenis air jenuh sama dengan volume jenis uap jenuh.

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 = m

Massa 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 sama



11 | P a g e

4. Enthalpy of vaporization becomes zero at the critical point?

Answer :

Entalpi penguapan merupakan jumlah panas yang diperlukan untuk mengubah air pada

suhu didihnya menjadi steam. Perubahan ini tidak melibatkan perubahan pada suhu

campuran antara steam dan air, dan seluruh energi digunakan untuk mengubah keadaan dari

cairan (air) ke uap (steam jenuh).

Gambar 12. Permukaan p-v-T dan proyeksinya pada suatu zat yang mengembang saat

membeku. (a) Daigram p-v-T. (b) Diagram p-T. (c) Diagram p-v. (d) Diagram T-v

Sumber : Yosef Agung Cahyanta : Termodinamika I PDF

12 | P a g e

Air merupakan salah satu zat murni yang apabila membeku maka akan mengembang.

Gambar 2.1 menunjukkan permukaan p-v-T suatu zat murni seperti air yang mengembang

saat membeku. Berdasarkan gambar 2.1 berbagai daerah pada permukaan p-v-T ditandai

dengan padat (solid), cair (liquid) dan uap (vapor). Terlihat pada diagram p-v-T terdapat

tiga buah fase yang muncul dalam kesetimbangan di sepanjang garis yang disebut garis

tripel (tripel line). Garis tripel pada permukaan tiga dimensi p-v-T dapat diproyeksikan

menjadi sebuah titik pada diagram p-T (diagram fase) yang disebut titik tripel (tripel point)

. Berdasarkan kesepakatan, temperatur yang ditetapkan sebagai titik tripel air adalah 273,16

K dengan tekanan pada titik tripel air sebesar 0,00602 atm.

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). Garis-

garis yang membatasi kubah uap disebut garis cair jenuh dan garis uap jenuh. Puncak kubah

dimana garis cair jenuh dan uap jenuh bertemu disebut titik kritis (critical 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.

Berdasarkan diagram T-v tampak bahwa untuk tekanan yang lebih rendah dari tekanan

kritisnya maka tekanan dan temperatur tersebut akan konstan pada saat melintasi daerah dua

fase. Sementara pada daerah fase tunggal untuk cair maupun uap , temperatur akan

meningkat dengan tekanan tetap pada volume spesifik yang meningkat. Untuk tekanan yang

lebih besar atau sama dengan tekanan kritisnya maka temperatur akan terus meningkat dan

tidak terdapat lintasan yang melintasi daerah dua fase cair-uap. Hal ini juga berlaku pada

temperatur tertentu yang lebih rendah dari temperatur kritis yang menyebabkan tekanan

tetap pada daerah dua fase namun menurun pada daerah fase tunggal seperti yang terlihat

pada diagram p-v. Sedangkan untuk temperatur yang lebih besar atau sama dengan

temperatur kritis maka tekanan akan terus menurun pada temperatur tetap.

5. Using the p-V-T and the p-T/p-V/V-T diagram of water, could you explain why water

and ice are incompressible?

Answer :

13 | P a g e

Gambar 13. Diagram p-V air

Sumber : http://engineering-references.sbainvent.com/thermodynamics/pictures/p-v-

diagram-contracts.jpg

Fluida incompressible merupakan fluida yang memiliki densitas yang konstan terhadap

perubahan tekanan, sementara fluida compressible adalah fluida yang memiliki densitas

yang berubah terhadap perubahan tekanan. Fluida yang incompressible memiliki susunan

partikel yang rapat, dapat bergerak, tetapi masih terdapat ikatan. Contoh fluida yang

incompressible adalah air, dan contoh yang compressible adalah udara.

Contoh kasusnya adalah, pada saat kita mengkompres ban dengan volume 3 L

menggunakan pompa udara bervolume 4 L dan semua udara dikompres ke dalam ban,

pompa tersebut akan menjadi keras namun tidak berubah bentuk. Hal tersebut menunjukkan

bahwa udara dapat menyesuaikan densitasnya dengan perubahan tekanan dan wadah yang

ditempatinya. Sementara jika kita memompa air volume 4 L ke ban bervolume 3 L, ban

akan menggembung atau berubah bentuk. Hal tersebut memperlhatkan bahwa air tidak dapat

menyesuaikan densitasnya terhadap perubahan tekanan dan wadah yang ditempatinya, atau

bersifat konstan.

Pada diagram p-V air, terlihat bahwa pada saat tekanan (p) pada air ditambah, volume

H2O liquid (air) dan solid (es) cenderung konstan/tidak berubah, yang berarti bahwa densitas

air tersebut pastilah juga tidak berubah dengan asumsi massa air selalu tetap. Hal tersebut

menunjukkan bahwa air bersifat incompressible.

Tugas IV

Could you determine the following :

1. 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)

Answer :

14 | P a g e

Dari steam table, diambil beberapa data suhu dari titik triple hingga titik kritis, yang

menghasilkan:

Sehingga dari steam table disebut, dapat dibentuk grafik perbandingan antara suhu

dengan volume spesifik cairan jenuh dan uap jenuh, yang menghasilkan:

Temp (C) V liquid (cm3/g) V vapor (cm3/g)

0.01 0 206000

10 1.0004 106300

50 1.0122 12027

100 1.4035 1671.8

150 1.091 392.4

200 1.156 127.2

250 1.251 50.04

256 1.266 45.11

260 1.276 42.13

266 1.291 38.06

270 1.303 35.59

276 1.32 32.2

280 1.332 30.13

286 1.352 27.28

290 1.366 25.54

296 1.388 23.13

300 1.404 21.65

306 1.43 19.6

310 1.448 18.33

315 1.478 16.57

320 1.5 15.48

326 1.535 13.95

330 1.561 12.99

336 1.606 11.63

340 1.639 10.78

346 1.696 9.566

350 1.741 8.799

356 1.824 7.674

360 1.896 6.94

366 2.046 5.819

370 2.214 4.973

373.946 3.17 3.17

15 | P a g e

16 | P a g e

2. 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)

Answer :

Tabel 1. Tekanan Terhadap Temperatur dari Triple Point Hingga Critical Point

T (oC) P (MPa)

273,16 5,7831

275 5,9463

280 6,4165

285 6,9145

290 7,4416

295 7,999

300 8,5877

305 9,2092

310 9,8647

315 10,556

320 11,284

325 12,051

330 12,858

335 13,707

340 14,6

345 15,54

350 16,529

355 17,57

360 18,666

365 19,822

370 21,043

373,946 22,064

17 | P a g e

Berdasarkan data pada Steam Table dan di plot pada grafik tersebut, dari tripel point

hingga critical point membuktikan bahwa Tekanan Uap jenuh semakin meningkat seiring

dengan peningkatan temperatur.

3. Is vapor presure of aliquid sensitive to temperature change ?

Answer :

0

5

10

15

20

252

73

,16

278

,16

283

,16

288

,16

293

,16

298

,16

303

,16

308

,16

313

,16

318

,16

323

,16

328

,16

333

,16

338

,16

343

,16

348

,16

353

,16

358

,16

363

,16

368

,16

373

,16

Tek

an

an

(M

Pa

)

Temperatur (oC)

Grafik Tekanan Terhadap Temperatur (Triple

Point Up to the Critical Point)

P (MPa)

B

C

D

E



18 | P a g e

Pada gambar diatas garis BC merupakan garis tekanan uap sebagai fungsi temperatur.

Tekanan uap cairan sangat sensitif terhadap perubahan suhu seperti terlihat pada titik D

akan terjadi perubahan fasa dari uap menjadi gas bila suhu dinaikan dan sebaliknya pada

titik E bila suhu diturunkan akan terjadi perubahan fasa uap menjadi cair (mengembun)

4. Compare the data from steam table to the data generated using correlation (hint:use

generalized correlations for molar volumes of saturated liquid and the Antoine

equations).

Answer :

Dengan menggunakan data pada steam tables:saturated temperature steam yang

bersumber pada buku Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics karangan

Smith Van Ness pada Appendix F dan dengan menggunakan parameter pada persamaan

Antoine untuk air serta penggunaan generalized correlation for liquid dapat diketahui

tekanan jenuh yang nilainya tidak jauh berbeda.

Persamaan Antoine

Dengan menggunakan parameter sebagai berikut :

A = 16,262 P dalam kPa

B = 3799,89 T dalam OC

C = 226,35

Melalui persamaan

=

+ (5)

Generalized Correlation

Dengan menggunakan persamaan Rackett dapat ditentukan volume molar cair jenuh

dengan persamaan :

= (1)

0,2857 (6)

Untuk air maka berdasarkan Appendix B pada buku Introduction to Chemical

Engineering Thermodynamics karangan Smith Van Ness diperoleh informasi :

Vc = 55,9 cm3 mol-1

Zc = 0,229

Tc = 647,1 K

Sehingga berdasarkan perhitungan dalam rumus tersebut diiperoleh tekanan jenuh

pada beberapa rentang suhu air yang disajikan pada tabel di bawah ini :

NO Rentang Suhu

(oC)

P (kPa)

*Antoine

P(kPa)

*steam Tables

Vsat (m3.kmol-1)

*Rackett

1 0,01 0,591595 0,611 0,01585

2 4 0,791237 0,813 0,015911

3 5 0,849715 0,872 0,015926

19 | P a g e

4 6 0,911956 0,935 0,015942

5 8 1,048548 1,072 0,015973

6 10 1,202755 1,227 0,016004

7 11 1,287049 1,312 0,01602

8 12 1,376468 1,401 0,016036

9 13 1,471273 1,497 0,016052

10 14 1,571736 1,597 0,016068

11 15 1,678141 1,704 0,016084

12 16 1,790781 1,817 0,016099

13 17 1,909962 1,936 0,016115

14 18 2,036 2,062 0,016132

15 19 2,169225 2,196 0,016148

16 20 2,309979 2,337 0,016164

17 21 2,458616 2,485 0,01618

18 22 2,615503 2,642 0,016196

19 23 2,781021 2,808 0,016213

20 24 2,955564 2,982 0,016229

21 25 3,139542 3,166 0,016245

22 26 3,333375 3,36 0,016262

23 27 3,537502 3,564 0,016278

24 28 3,752376 3,778 0,016295

25 29 3,978463 4,004 0,016311

26 30 4,216248 4,241 0,016328

27 31 4,466229 4,491 0,016345

28 32 4,728922 4,753 0,016362

29 33 5,00486 5,029 0,016378

30 34 5,294592 5,318 0,016395

31 35 5,598686 5,622 0,016412

32 36 5,917724 5,94 0,016429

33 38 6,603068 6,624 0,016463

34 40 7,355667 7,375 0,016498

35 45 9,567305 9,582 0,016584

36 50 12,32611 12,34 0,016673

37 55 15,73806 15,74 0,016762

38 60 19,92372 19,92 0,016853

39 65 25,01925 25,01 0,016946

40 70 31,17746 31,16 0,01704

41 75 38,56877 38,55 0,017136

42 80 47,38218 47,36 0,017234

43 85 57,82604 57,8 0,017333

44 90 70,12895 70,11 0,017434

45 95 84,5404 84,53 0,017538

20 | P a g e

46 100 101,3314 101,33 0,017643

47 110 143,2472 143,27 0,017859

48 120 198,4936 198,54 0,018084

49 130 270,0576 270,13 0,018318

50 140 361,299 361,38 0,018562

51 150 475,9478 476 0,018818

52 160 618,0958 618,06 0,019085

53 170 792,1824 792,02 0,019366

54 180 1002,976 1002,7 0,01966

55 190 1255,548 1255,1 0,019971

56 200 1555,252 1554,9 0,020299

57 210 1907,687 1907,7 0,020646

58 220 2318,668 2319,8 0,021016

59 230 2794,194 2797,6 0,02141

60 240 3340,412 3347,8 0,021832

70 250 3963,582 3977,6 0,022286

71 260 4670,04 4694,3 0,022777

72 270 5466,171 5505,8 0,023312

73 280 6358,367 6420,2 0,0239

74 290 7353,001 7446,1 0,02455

75 300 8456,395 8592,7 0,025278

21 | P a g e

Karena tekanan jenuh yang diperoleh dari persamaan Antoine tidak berbeda jauh

dengan tekanan pada steam tables yang hanya memiliki kesalahan relatif berkisar antara

0,1%-3% menyebabkan grafik tekanan jenuh antara keduanya hampir sama. Hal ini

menunjukkan bahwa baik menggunakan steam table ataupun persamaan Antoine akan

menghasilkan nilai tekanan jenuh yang tidak jauh berbeda.

Berdasarkan volume jenuh yang dapat dihitung dengan generalized correlation juga

akan dapat menghasilkan nilai tekanan jenuh pada rentang suhu yang diberikan. Nilai

volume jenuh hasil perhitungan menggunakan persamaan Rackett cukup jauh berbeda

dengan nilai volume cair jenuh pada steam tables.

5. 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.

Answer :

Diketahui : Massa campuran (liquid + Saturated vapor) (M) = 100 kg

Volume container (V) = 1 m3

Volume jenis (v) = V / m = 1 m3 / 100 kg = 0,01 m3 / kg

Pada 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

sebesar 92,74 kg /m3 dengan diketahui density kita dapat mencari massa dari vapour :

M = . V = 92,74 kg /m3 x 1m3 = 92,74 kg

Jadi quality dari campuran (X) = M uap / M total = 92,74 kg / 100 kg = 0,9274

6. If 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!)

Answer :

Persamaan tekanan uap jenuh dalam fungsi temperatur diatas dapat digunakan dalam

keadaan pada batas bawah dan atas temperature (pada titik tripel dan temperatur kritis).

Variabel a dan b dapat dicari dengan memanfaatkan Microsoft Excel, dengan cara

menginput data-data tekanan jenuh (Psat) dan temperatur (T). Lalu, 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.

22 | P a g e

Gambar 13. Penentuan variabel A dan B melalui excel

Tugas V

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.

Answer :

Berdasarkan soal tersebut, asumsi gas alam yang digunakan mengandung gas metana

murni. Sehingga dapat diperoleh beberapa data mengenai gas metana pada Apendix B-1 pada

buku Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics ed. 6th (Smith, Abbot dan Van

Ness) sebagai berikut :

23 | P a g e



Volume kargo pada kapal pengangkut = 2500 m3

(Faktor Asentrik) = 0,012

Tc (Suhu Kritis) = 190,6 K

Pc (Tekanan Kritis) = 45,99 bar

Vc (Volume Kritis) = 98,6 cm3/mol

Zc (Kompresibilitas Gas Kritis) = 0,286

Berdasarkan data yang diketahui pada soal, LNG yang akan diangkut berada dalam

tekanan 1 bar dan temperatur -162 C, sedangkan CNG dalam tekanan 125 bar dan temperatur

25 oC (suhu kamar).

Tabel 2. Keterangan LNG dan CNG pada Soal

Keterangan LNG CNG

P (bar) 1 125

T (K) 111 298

Perhitungan mol (n) pada Tranportasi LNG :

Untuk menentukan volume molar pada LNG, digunakan rumus korelasi umum untuk

cairan karena LNG berbentuk cair sehingga tidak dapat menggunakan grafik faktor

kompresibilitas gas.

1. Menghitung nilai Tr dan Pr

=

=

= 111

190,6 =

1

45,99

24 | P a g e

= 0,5824 = 0,0217

2. Mencari volume molar LNG menggunakan persamaan (3.64) pada buku Introduction to

Chemical Engineering Thermodynamics ed. 6th (Smith, Abbot dan Van Ness) seperti

berikut :

=

(3.64)

=

= 98,6 3

3. Menentukan massa jenis tereduksi (r)

Nilai massa jenis tersebut diperoleh dengan menggunakan grafik 3.17 pada buku

Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics ed. 6th (Smith, Abbot dan Van

Ness) sebagai berikut :

Berdasarkan nilai Tr dan Pr yang telah dihitung dan dibaca menggunakan grafik 3.17 di

atas, r1 yang diperoleh adalah 2,74. Nilai r2 dianggap sama dengan r1 yaitu 2,74,

sehingga :

=

= 98,6 3

2,74

= 35,99 3

= 35,99 106 3

4. Menentukan jumlah mol (n) pada LNG

=

=

=2500 3

35,99 106 3

= 69,464 106

25 | P a g e

Perhitungan mol (n) pada Tranportasi CNG :


=

=

= 298

190,6 =

125

45,99

= 1,5635 = 2,718

2. Menentukan Nilai Z berdasarkan Tr dan Pr Menggunakan Grafik A.2 Pada Appendix

Moran

Berdasarkan nilai Tr dan Pr yang telah diperoleh dan diplot pada grafik di atas, nilai Z yang

diperoleh adalah sebesar 0,84. Maka, jumlah mol CNG yang dapat dihitung.

3. Menentukan jumlah mol (n) pada CNG

Menggunakan rumus berikut :

. = . . .

Diketahui :

P = 125 bar = 123,365 atm

V = 2500 m3 = 2,5 x 106 liter

Z = 0,84

R = 0,082 atm.L/mol.K

T = 298 KMaka :

. = . . .

123,365 2,5 106 = 0,84 0,082 . . 298

= 15,025 106

26 | P a g e

Berdasarkan jumlah mol (n) masing-masing gas alam yang telah diperoleh melalui

perhitungan, yaitu LNG sebesar 69,464 106 dan CNG sebesar 15,025 106 ,

maka dapat disimpulkan bahwa pengangkutan gas alam yang paling efisien adalah gas

alam jenis LNG karena jumlah mol yang diperoleh lebih besar dibandingkan dengan

jumlah mol CNG pada kondisi yang diberikan.

Membandingkan dengan Menggunakan Metode 3 Parameter (Pitzer)

Perhitungan pada CNG :

Rumus Pitzer (persamaan 3.54) yang diperoleh dari buku Introduction to Chemical

Engineering Thermodynamics ed. 6th (Smith, Abbot dan Van Ness) adalah sebagai berikut :

= 0 + . 1 (3.54)


=

=

= 298

190,6 =

125

45,99

= 1,5635 = 2,718

2. Menentukan Nilai Z0 berdasarkan Tr dan Pr

Nilai Z0 yang diperoleh yaitu :

Tabel Appendix E.3

Melakukan interpolasi untuk memperoleh nilai Z0

Tabel 2. Tr dan Pr untuk menentukan Z

Tr Pr

2,0000 3,0000

1,5 0,8328 0,7887

1,6 0,8738 0,8410

Menentukan nilai Z1 :

1,5635 1,5

1,6 1,5=

1 0,8328

0,8738 0,8328

1 = 0,858835


1,5635 1,5

1,6 1,5=

2 0,7887

0,8410 0,7887

2 = 0,8219105

Menentukan nilai Z :

Tabel 3. Interpolasi pada Pr

Tr Pr

2,0000 3,0000

27 | P a g e

1,5635 0,858835 0,8219105

2,718 2

3 2=

0,858835

0,8219105 0,858835

0 = 0,83232

3. Menentukan Nilai Z1 berdasarkan Tr dan Pr

Tabel Appendix E.4

Melakukan interpolasi untuk memperoleh nilai Z1

Tabel 4. Tr dan Pr untuk menentukan Z1

Tr Pr

2,0000 3,0000

1,5 0,1806 0,2433

1,6 0,1729 0,2381


1,5635 1,5

1,6 1,5=

1 0,1806

0,1729 0,1806

1 = 0,1757105


1,5635 1,5

1,6 1,5=

2 0,2433

0,2381 0,2433

2 = 0,239998


Tabel 5. Interpolasi pada Pr

Tr Pr

2,0000 3,0000

1,5635 0,1757105 0,239998

2,718 2

3 2=

1 0,1757105

0,239998 0,1757105

1 = 0,22187

4. Menentukan nilai Z menggunakan Z0 dan Z1 berdasarkan persamaan Pitzer

= 0 + . 1 (3.54)

= 0,83232 + 0,012. (0,22187)

= 0,83834

28 | P a g e

5. Menentukan jumlah mol CNG

. = . . .

123,365 2,5 106 = 0,83834 0,082 . . 298

= 15,055 106

Membandingkan Hasil Perhitungan Biasa dengan Hasil Perhitungan Pitzer (CNG)

Diketahui :

Hasil perhitungan biasa, = 15,164 106

Hasil perhitungan dengan persamaan Pitzer, = 15,055 106

Maka :

|

| 100%

= |15,025 106 15,055 106

15,025 106 | 100%

= 0,199 %

Perbedaan 2 parameter dan 3 parameter

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. Tr berikut:

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



29 | P a g e

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.

Penjelasan 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 ().

Tugas VI

You want to know whether the following gases could be considered ad ideal gases :

a. Steam at 60 bar and 200oC

b. Air at 1 bar and 25oC

c. n-butane at 10 atm and 400 K

What could you do without doing any experiments in the lab? Define ideal gas or ideal

gas condition using your own words?

Answer :

Suatu gas dapat dikatakan ideal jika gas tersebut mematuhi hukum persamaan gas ideal.

Gas ideal merupakan gas hipotetis karena smeua gas sebenarnya gas nyata dan molekul-

molekul gasnya dianggap tdak tarik-menarik sedangkan volume moleulnya dapat diabaikan

terhadap gas itu sendiri. Gas ideal memiliki faktor kompresibilitas (Z) sama dengan satu yang

dapat dihitung melalui persamaan :

=

(5)

Selain menggunakan persamaan di atas nilai faktor kompresibilitas (Z) juga dapat

ditentukan dengan beberapa metode untuk mengetahui apakah suatu gas ideal atau tidak.

Metode tersebut adalah :

30 | P a g e

1. Metode Grafik

Grafik yang digunakan merupakan grafik hubungan faktor kompresibilitas (Z) dengan tekanan

tereduksi (Pr). Untuk mendapatkan nilai Z dapat ditarik garis dari satu titik pertemuan atau titik

perpotongan antara Pr,Tr dan Vr. Nilai Pr dan Tr dapat diperoleh melalui persamaan :

=

(6)

=

(7)

Gambar 14. Grafik Faktor Kompresibilitas Tekanan Tereduksi Sumber : Smith, J.M., Van Ness, H.C., dan Abbot, M.M. (2001). Introduction to Chemical


2. Metode faktor asentri korelasi Pitzer

= 0 + 1 .......... (8)

Nilai Z0 dan Z1 didapat dari The LeeIKesler Generalized-correlation Tables pada buku

Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics. Begitu pula untuk nilai dapat

diperoleh pada tabel Properties of Pure Species di buku yang sama.

A. Menentukan kondisi steam pada tekanan 60 bar dan 2000C

Tc = 647,1 K T = 2000C = 473 K

Pc = 220,55 bar = 217,66 atm P = 60 bar = 59,21 atm

= 0,345

31 | P a g e

Langkah pertama: Menghitung nilai Pr dan Tr.

=

=

473

647,1 = 0,73

=

=

59,21

217,66 = 0,27

Langkah kedua : Menggunakan metode grafik

Berdasarkan grafik hubungan faktor kompresibilitas (Z) dengan tekanan tereduksi (Pr) pada

Tr = 0,73 dan Pr = 0,27 sulit diperoleh titik perpotongan pada Z karena garis Tr di 0,73 tidak

sampai pada ujung grafiknya dan garis tidak memiliki kemiringan yang lurus untuk ditarik

garis lurus sehingga tidak dapat memberikan nilai Z yang sesuai . Oleh sebab itu dapat

dilakukan perhitungan menggunakan metode faktor asentrik untuk mengetahui nilai Z yang

dihasilkan..

Langkah ketiga : Menggunakan metode faktor asentrik.

*Menghitung nilai Z0

Interpolasi Z0 pada Pr di Tr = 0,70

0,40 0,27

0,40 0,20=

0,0687 0

0,0687 0.0344

0,65 =0,0687 0

0,0343

0,0223 = 0,0687 0

0 = 0,0464

0,2000 0,27 0,4000

0,70 0,0344 0,0464 0,0687

0,73 - 0,0457 -

0,75 0,0336 0,0,0453 0,0670

32 | P a g e

*Menentukan nilai Z1

0,2000 0,27 0,4000

0,70 -0,0148 -0,0199 -0,0294

0,73 - -0,0195 -

0,75 -0,0143 -0,0192 -0,0282

Sehingga nilai Z yang dihasilkan adalah

Z = Z0+ Z1= 0,0457+ (0,345)( -0,0195) = 0,0390


0,40 0,27

0,40 0,20=

0,0670 0

0,0670 0,0336

0,65 =0,0670 0

0,0334

0,0217 = 0,0670 0

0 = 0,0453

Interpolasi Z0 untuk Pr = 0,27 pada Tr = 0,73

0,75 0,73

0,75 0,70=

0,0453 0

0,0453 0,0464

0,4 =0,0453 0

1,1 103

4,4 104 = 0,0453 0

= ,


0,40 0,27

0,40 0,20=

0,0294 1

0,0294 + 0,0148

0,65 =0,0294 1

0,0146

9,49 103 = 0,0294 1

1 = 0,0199


0,40 0,27

0,40 0,20=

0,0282 1

0,0282 + 0,0143

0,65 =0,0282 1

0,0139

9,035 103 = 0,0282 1

1 = 0,0192


0,75 0,73

0,75 0,70=

0,0192 1

0,0192 + 0,0199

0,4 =0,0192 1

7 104

2,8 104 = 0,0192 1

= ,

33 | P a g e

Nilai Z yang dihasilkan kurang dari satu dan terbilang sangat kecil sehingga tidak dapat

ditentukan melalui metode grafik. Dari hasil tersebut diketahui bahwa steam pada tekanan 60

bar dengan temperatur 2000C bukan merupakan gas ideal melainkan gas nyata .

b. Menentukan kondisi udara pada tekanan 1 bar dan 250C

Tc = 132,2 K T = 250C = 298 k

Pc = 37,45 bar = 36,96 atm P = 1 bar = 0,9869 atm

= 0,035


=

=

298

132,2 = 2,254

=

=

0,9869

36,96 = 0,0267



Tr = 2,254 dan Pr = 0,0267 diperoleh titik perpotongan pada Z= 1. Untuk mengakuratkan hasil

dapat dilakukan perhitungan menggunakan metode faktor asentrik.


*Menghitung nilai Z0

34 | P a g e

*Menentukan nilai Z1

0,0100 0,0267 0,0500

2,20 0,0007 1,95 x 10-3 0,0037

2,25 - 1,91 x 10-3 -

2,40 0,0007 1,87 x 10-3 0,0035


0,0500 0,0267

0,0500 0,0100=

0,9992 0

0,9992 0,9998

0,5825 =0,9992 0

6 104

3,495 104 = 0,9992 0

0 = 0,9995


0,0500 0,0267

0,0500 0,0100=

0,9996 0

0,9996 0,9999

0,5825 =0,9996 0

3 104

1,7475 104 = 0,9996 0

0 = 0,9998


2,40 2,25

2,40 2,20=

0,9998 0

0,9998 0,9995

0,5 =0,9998 0

3 104

1,5 104 = 0,9998 0

= ,

0,0100 0,0267 0,0500

2,20 0,9998 0,9995 0,9992

2,25 - 0,9996 -

2,40 0,9999 0,9998 0,9996


0,0500 0,0267

0,0500 0,0100=

0,0037 1

0,0037 0,0007

0,5825 =0,0037 1

3 103

1,7475 104 = 0,0037 1

1 = 1,95 x 103

35 | P a g e


Z = Z0+ Z1= 0,9996+ (0,035)( 1,91 x 10-3) = 0,9997 = 1

Nilai Z yang dihasilkan sama dengan satu, maka udara pada tekanan 1 bar dengan temperatur

250C merupakan gas ideal .

c. Menentukan kondisi n-butane pada tekanan 10 atm dan 400 K

Tc = 425,1 K T = 400 K

Pc = 37,96 bar = 37,46 atm P = 10 atm

= 0,200


=

=

400

425,1 = 0,94

=

=

10

37,46 = 0,27



Tr = 0,94 dan Pr = 0,27 diperoleh titik perpotongan pada Z= 0,87. Untuk mengakuratkan hasil

dapat dilakukan perhitungan menggunakan metode faktor asentrik.


Menghitung nilai Z0


0,0500 0,0267

0,0500 0,0100=

0,0035 1

0,0035 0,0007

0,5825 =0,0035 1

2,8 103

1,631 103 = 0,0035 1

1 = 1,87 x 103


2,40 2,25

2,40 2,20=

1,87 x 103 1

1,87 x 103 1,95 x 103

0,5 =1,87 x 103 1

8 105

4 105 = 1,87 x 103 1

= ,

36 | P a g e

Menentukan nilai Z1


0,40 0,27

0,40 0,20=

0,8059 0

0,8059 0,9115

0,65 =0,8059 0

0,1056

0.0686 = 0,8059 0

0 = 0,8745


0,40 0,27

0,40 0,20=

0,8206 0

0,8206 0,9174

0,65 =0,8206 0

0,0968

0.0629 = 0,8206 0

0 = 0,8835


0,95 0,94

0,95 0,93=

0,8835 0

0,8835 0,8745

0,5 =0,8835 0

9 103

4,5 103 = 0,8835 0

= ,

0,2000 0,27 0,4000

0,93 0,9115 0,8745 0,8059

0,94 - 0,879 -

0,95 0,9174 0,8835 0,8206

37 | P a g e

0,2000 0,27 0,4000

0,93 -0,0326 -0,0479 -0,0763

0,94 - -0,0428 -

0,95 -0,0262 -0,0377 -0,0589


Z = Z0+ Z1= 0,879 + (0,200)( -0,00428) = 0,8704

Nilai Z yang dihasilkan kurang dari satu, meskipun hampir mendekati satu. Sehingga n-butane

pada kondisi 10 atm dan 400 K tidak dapat dianggap gas ideal atau gas tersebut adalah gas

nyata.

Tugas VII

Kara 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.

Answer :


0,40 0,27

0,40 0,20=

0,0763 1

0,0763 + 0,0326

0,65 =0,0763 1

0,0437

0.0284 = 0,0763 1

1 = 0,0479


0,40 0,27

0,40 0,20=

0,0589 1

0,0589 + 0,0262

0,65 =0,0589 1

0,0327

0.0212 = 0,0589 1

1 = 0,0377


0,95 0,94

0,95 0,93=

0,0377 1

0,0377 + 0,0479

0,5 =0,0377 1

0,0102

5,1 103 = 0,0377 1

= ,

38 | P a g e

Gambar 15. Diagram P-V-T CO2

Sumber :http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/13/Carbon_dioxide_pressure-

temperature_phase_diagram.svg

Pada diagram P-T CO2 diatas, terlihat bahwa titik tripel CO2 terletak pada suhu -78,5oc

dan tekanan 5,11 atm. Sementara CO2 akan mencapai titik kritis pada suhu 30,98oc dan tekanan

72,79 atm. Dibandingkan dengan diagram P-T air dan refrigerant lain, garis kesetimbangan

CO2 lebih memiliki kemiringan yang lebih besar ke kanan.

Pada soal disebut tentang es kering. Es kering (CO2 padat) dapat digunakan untk

menjaga es kering tetap dingin dan tidak mencair. Hal ini dikarenakan suhu es kering sangat

dingin, dimana titik beku untuk mengubah wujud CO2 gas menjadi es kering mencapai -78,5oc.

Suhu tersebut jauh lebih dingin dari titik beku H2O yang bersuhu 0oc. Bahkan pada saat kita

menyentuh es kering sembarangan dengan tangan tanpa pengaman, akan terjadi luka bakar

akibat suhu dinginnya.

Gambar 16. Luka bakar akibat es kering

Sumber :http://cdn2b.examiner.com/sites/default/files/styles/image_content_width/hash/23/4f

/234f77aab23abdfc3099d295b44ae91d.jpg?itok=0iah3zhT

Karena suhunya yang sangat dingin, es kering biasa dipakai untuk menjaga es krim agar

tetap dingin dan tidak meleleh. Es kering juga tidak mencair karena jika suhu dinaikkan (pada

tekanan konstan), CO2 padat akan langsung berubah menjadi CO2 fasa gas/menyumblim tanpa

39 | P a g e

harus lebih dulu menjadi fasa liquid. Hal tersebut membuat es krim yang dijaga tidak akan

basah dan tetap kering.

Gambar 17. Es kering yang langsung menyumblim

Sumber : http://www.eatbydate.com/wp-content/uploads/dryice.jpg

40 | P a g e

DAFTAR PUSTAKA

Cengel, Yunus A. dan Boles, Michael A. 1994. Thermodynamics an Engineering Approach,

fifth edition. McGraw-Hill.

Kor\retsky, Milo D.1807.Engineering and chemical Thermodynamics 2nd Edition.John

Wiley&sons.inc.

Maron dan Lando.1974.Fundamental of physical chemistry.New York:Macmillan

international .

Moran,Shapiro.2006.Fundamentals of Engineering Thermodynamics 5th Edition.England John

Wiley&sons.inc.

Smith,Vannes.1087.Introduction to Chemical Engineering Thermocdynamics 4th Edition,

Singapore : MC-Graw Hill.

Makalah Pemicu 1 Termodinamika_Kelompok 6

Documents

Transcript of Makalah Pemicu 1 Termodinamika_Kelompok 6