BAB VNERACA ENERGI

Tujuan Instruksional UmumMahasiswa dapat mengerti apa yang dimaksud dengan neraca energi, mahasiswa mampu menyelesaikan soal neraca energi tanpa reaksi kimia dan dengan reaksi kimia.

Pokok-pokok yang akan dibahas 1. Kapasitas Panas2. Kapasitas Panas untuk Berbagai Macam Zat dan Senyawa3. Perubhana Panas4. Neraca Energi tanpa Rekasi Kimia5. Neraca Energi dengan Rekasi Kimia

Sasaran Belajar5.1 Mahasiswa mampu mendefinisikan pengertian dari kapasitas panas.5.2 Mahasiswa dapat membedakan kapasitas panas berbagai macam zat dan senyawa5.3 Mahasiswa dapat menghitung perubahan panas5.4 Mahasiswa dapat menyelesaikan perhitungan neraca energi tanpa rekasi kimia5.5 Mahasiswa dapat menyelesaikan perhitungan neraca energi dengan reaksi kimia5.6 Mahasiswa dapat menyelesaikan perhitungan daur ulang neraca massa tanpa reaksi kimia dan dengan rekasi kimia

5.1. Kapasitas Panas (C)Kapasitas panas adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 dari suatu zat atau senyawa. Satuan dari kapasitas panas untuk satuan SI : cal/grmol C. KJ/kg K dan KJ/kgmol K, sedangkan dalam satuan British : Btu/lbmol R. Ada 2 jenis Kapasitas Panas : Kapasitas panas pada tekanan konstan yang diberi simbol cp Kapasitas panas pada volume konstan yang diberi simbol cvHubungan antara kapasitas panas pada tekanan konstan dengan kapasitas panas pada volume konstan adalah cp - cv = R

Untuk mengetahui harga kapasitas panas ada beberapa cara : Kapasitas panas fungsi temperatur, mempunyai persamaan cp = a + bT + cT Kapasitas panas rata-rata, kapasitas panas rata-rata yang pembacaannya dari grafik dan tabel seperti terlihat pada lampiran 2 dan lampiran 3

5.2. Kapasitas Panas untuk Berbagai Macam Zata. Kapasitas Panas untuk Gas IdealKapasitas panas untuk gas ideal dapat dilihat pada tabel 5.1

Tabel 5.1 Kapasitas Panas untuk Gas Ideal

Tipe MolekulKapasitas Panas (cp)

Temperatur TinggiTemperatur Kamar

Mono AtomikPoli atomik LinierPoli Atomik Non Linier5/2 R(3n - 5/2) R(3n 2) R5/2 R7/2 R4R

b. Kapasitas Panas Atomik pada Suhu 20CKapasitas panas atomik dengan satuan cal/grmolC pada suhu 20C dapat dilihat pda tabel 5.2Tabel 5.2 Kapasitas Panas AtomikElemenPadatCair

CHBSiOFP atau SDan lain-lain1,82,32,73,84,05,05,46,22,84,34,75,86,07,07,48,0

Contoh :1. Tentukan kapasitas panas pada temperatur kamar dari NaSO10HOPenyelesaian :Basis 1 grmol NaSO10HONa = 2 x 6,2 = 12,4 kal/grmolS = 1 x 5,4 = 5,4 kal/grmolO = 14 x 4,0 = 56,0 kal/grmolH = 20 x 2,3 = 46 kal/grmol Jumlah = 119,8 kal/grmol

c. Kapasitas Panas Liquid Larutan EncerUntuk larutan kapasitas panas larutan encer digunakan kapasitas air Hidrokarbon Untuk kapasitas panas Liquid Hidrokarbon dan petroleum digunakan rumus Cp = [(0,355 + 0,128 x 10 API) + (0,503 + 0,117 x 10 API x 10 t)] Cairan OrganikUntuk kapasitas panas cairan organik digunakan rumus :cp = kM dimana :k dan a = konstanM = berat molekulHarga k dan a untuk cairan senyawa organik dapat dilihat pada tabel 5.3

Tabel 5.3 Harga k dan a untuk Cairan Senyawa OrganikSenyawakA

AlkoholAsamKetonEsterHk. Alifatik0,850,910,5870,600,873-0,1-0,152-0,0135-0,0573-0,113

Kapasitas Panas dan UapUntuk menetukan kapasitas panas gas dan uap digunakan rumus :

dimana : cp = Kapasitas panas (Btu/lbF) T = Temperatur mutlak (R) S = Spesifik grafitiy pada 60F/60F dengan udara sebagai refrensi atau untuk menetukan kapasitas panas gas dan uap digunakan rumus cp = a + b log TR dimana : a dan b = konstanta T = temperatur absolute (K)

5.3. Perubahan Panas (dQ)Dalam perhitungan neraca energi perubahan panas (dQ) dapat dihitung dengan menggunakan :1. Kapasitas panas fungsi temperatur, dengan rumus :dQ = H = ncp dTdQ = H = cp dTContoh 2. Tentukan panas yang dibutuhkan untuk memanaskan gas CO dari temperature 100F samapi dengan temperature 200F. Jika kapasitas panas gas CO. cp 2,675 x 10 + 42,27 T 1,425 c dimana harga cp dalam satuan joule/kgmol K dan T dalam satuan K.Penyelesaian :Karena temperature cp dalam satuan (K), maka temperature dalam satuan F diubah dalam satuan (K)t = 100F = 311 Kt = 200F = 367 K

sehingga harga panas yang dibutuhkan untuk memanaskan gas COdari temperatur 100F samapai dengan temperatur 200F.dQ = n cp dT = l dT = 2,675 T + T = 2.208.538,178 joule = 2,208 . 538,178 joule x = 2,093,25 Btu

3. Gunakan entalpi untuk menghitung panas yang dibutuhkan untuk memanskan gas CO pada temperature yang sama dengan soal diatas. Penyelesaian :Temperatur dalam satuan F diubah menjadi satuan R, t = 100F menjadi R, T = 100 + 460 = 560 R, T = 200 + 400 = 760 R, dari tabel L-10 harga entalpi pada temperatur tersebut diatas tidak ada, maka harga entalpi pada temperatur tersebut harus diinterpolasi.Entalpi pada temperatur 537 R, H = 392,2 Btu/lbmolEntalpi pada temperatur 600 R = 963 Btu/lbmolEntalpi pada temperatur 700 R = 1914 Btu/lbmol, maka harga entalpi pada temperatur 560 R adalah :h R = 392,2 Btu/lbmol + (963 39,2) Btu/lbmol= 600,59 Btu/lbmEntalpi pada temperature 600 R adalah :h R = 963 Btu/lbmol (1914 963) = 1533,6 Btu/lbmolQ = H = h - h = 1.533,6 Btu/lbmol 600,59 Btu/lbmol = 933,01 Btu/lbmol

Harga entalpi untuk uap digunakan tabel uap seperti terlihat pada tabel lampiran 4 sampai lampiran 7.Entalpi terbagi 2 yaitu1. Uap jenuh (Saturated vapor)2. Uap kelewat jenuh (Superheated vapor)

Perbedaan penentuan dari kedua bentuk uap tersebut adalah pada uap jenuh kondisi yang diketahui hanya satu yaitu temperatur atau tekanan uap, sedangkan pada uap kelewat jenuh kondisi yang dikeathui adalah temperatur dan tekanan uap.Pada tabel uap jenuh terdapat subkrip f , g dan fg , harga-harga tersebut menunjukkan bahwa subkrip f uap yang terbentuk merupakan cairan jenuh, subkrip g uap yang terbentuk merupakan uap jenuh.Untuk menentukan entalpi uap basah digunakan rumus, h = hf + x hfg , x merupakan kualitas uap.

Contoh :4. Tentukan entalpi uap yang mempunyai kualitan 85 % pada temperatur 150CPenyelesaian :Dar tabel uap pada temperatur 150C didapat :Hf = 632,20 Kj/kgmol, hg = 2746,5 Kj/kgmolEntalpi uap pada temperature 150C dengan kualitas uap 85 %, h = hf + (hg hf) = 632,20 + 0,85 (2746,5 632,20) = 2329,355 Kj/kgmol

5. Gunakan tabel uap untuk menghitung perubahan panas, jika uap didinginkan dari temperature 640F dengan tekanan 92 psia dilakukan interpoloasi karena dari tabel untuk temperatur 640F dan tekanan 92 psia antara temperatur 600F dan 700F dan tekanannya 50 psia dan 55 psia dari tabel didapat :