P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Ujian Akhir Semester Ganjil 2009/2010 - Program Studi Teknik Kimia S1 Reguler
Mata Kuliah : Neraca Massa Energi
Sifat : Buku Text Terbuka
Hari/Tanggal : Senin/14 Desember 2009
Waktu : 90 menit
1. (20%) Hitunglah kalor reaksi standar dari data panas pembentukan untuk reaksi
berikut ini:
C2H4 (g) + HCl (g) → CH3CH2Cl (g)
2. (20%) Sebuah industri gas alam menghasilkan gas alam dengan komposisi; CH4 80%,
CO2 7% dan sisa C2H2. Hitunglah kapasitas panas campuran tersebut.
3. Proses baru, diajukan untuk menghasilkan gas etilena (C2H4) dari propana (C3H8) pada
tekanan atmosferik dengan reaksi berikut:
C3H8 (g) + 2O2 (g) → C2H4 (g) + CO2 (g) + 2H2O (g)
Produk meninggalkan sistem pada 800 K dan C3H8 masuk pada suhu 500 K sementara
O2 masuk pada 300 K. Dalam proses tersebut, C3H8 digunakan berlebihan 15% (dari
jumlah yang ditunjukan dalam persamaan), tetapi konversi keseluruhan dair C3H8
hanya 50%. Berapakah kalor yang ditambahkan atau dikeluarkan dari proses tersebut
per mol masukan C3H8 ke dalam proses tersebut (40%)
4. 2 lb CO2 dikalorkan dari cairan jenuh pada 30 0F sampai 650 psia dan 175 0F
a. Berapa volume spesifik CO2 pada keadaan akhir?
b. Apakah CO2 pada keadaan akhir berada dalam fase gas, cair, padat atau
campuran dari 2 atau 3 fase? (20%)
Sistem absorpsi mixerSplitter
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Ujian Akhir Semester Ganjil 2009/2010 - Program Studi Teknik Kimia S1 Reguler
Sifat : Open Book
Hari/Tanggal : -
Waktu : 90 menit
1. Konsep baru diterapkan pada industri pembuatan etilen yang menggunakan etanol
sebagai reaktan. Reaksi yang terjadi ialah reaksi dehidrasi dengan persamaan reaksi
sbb:
C2H5OH→ C2H4 + H2O
Pada industri ini, etanol sebagai reakstan dimasukkan ke raktor dari bagian bawah
reaktor yang kenudian oleh katalis dalam reactor dikonversi menjadi etilen dan air
yang dikeluarkan dari bagian atas reaktor. Reaktor memiliki ketinggian 2 meter.
Keluaran reaktor selanjutnya dipisahkan pada separator sehingga etilen dan air keluar
sebagai produk dengan aliran yang terpisah.
BDF proses adalah sbb:
Reaktan (etanol) berupa campuran 80% mol etanol dan 20% mol air pada suhu 220 0F
dengan densitas 0,003 lb/ft3 diumpankan ke reaktor dengan laju alir 1010 lb//jam
melewati sebuah pipa dengan diameter 6 inch. (Gunakan Gambar I.1 untuk
menentukan entalpi larutan etanol). Produk keluar separator adalah etilen dan uap air
(steam) yang masing-masing dialirkan pada pipa berdiameter 6 inch. Kondisi kedua
produk ini adalah suhu 200 0F dan tekanan 1 atm dengan densitas etilen sebesar
0,0018 lb/ft3 sedangkan densitas uap air adalah 0,001 lb/ft3. (Gunakan Tabel D.3
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
untuk menentukan entalpi etilen dan gunakan steam table untuk menentukan entalpi
steam).
a. Hitunglah panas yang diperlukan atau dikeluarkan oleh sistem produksi etilen
tersebut
b. Apabila diperlukan panas, berapa steam yang harus disediakan dan apabila
dikeluarkan panas, berapa steam yang terbentuk pada jaket reaktor?
(steam pada kondisi P=1 atm dan T=200 0F)
2. Reaktor pada sebuah industri larutan ammonium hidroksida menghasilkan larutan
dengan konsentrasi 80% berat NH3 dan 20% air pada suhu 120 0F dengan densitas 50
lb/ft3. Untuk proses selanjutnya, larutan ini harus diencerkan dan dinaikkan suhunya.
Untuk keperluan tersebut, larutan yang keluarkan reaktor dimasukkan dalam tangki
mixer yang bervolume 10 ft3 dan memiliki pengaduk dengan daya 100 kW. Larutan
ammonium hidroksida dimasukkan sampai volume tangki mencapai setengahnya.
Selanjutnya kedalam tangki mixer dimasukkan air dalam keadaan jenuh pada suhu
212 0F sebanyak 124 lb (densitas air 62 lb/ft3) dan terakhir dimasukkan steam pada
kondisi suhu 350 0F dan tekanan 50 psi. Apabila semua steam mengembun dan
bercampur menjadi larutan ammonium hidroksida. Berapa konsentrasi akhir larutan
(dalam % berat NH3) dan berapa suhu akhir larutan? (Gunakan Gambar I.2 untuk
mengerjakan soal ini)
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
Sistem absorpsimixerSplitter
F1 = 820 molC02 = 15% = 123 molH2S = 5% = 41 molCOS = 1,4% = 11,5 molCH4 = 78,6% = 644,5 mol
F2 = 180 molC02 = 15% = 27 molH2S = 5% = 9 molCOS = 1,4% = 2,5 molCH4 = 78,6% = 141,5 mol
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Jawaban
1. JAWABAN
Diketahui:
Basis : 1 jam
Neraca massa total :
F = F1 + F2
F1 = A + F3
F2 + F3 = P
Karena hanya 82% feed yang masuk ke sistem absorpsi, maka F di split (dipisahkan
menjadi dua aliran dengan komposisi aliran sama) F1 sebesar 820 mol dan F2 sebesar
180 mol. Dengan komposisi:
Kemudian dari informasi skema diketahui CH4 tidak ikut terabsorpsi sehingga pada F3, nilai
CH4 F3 = CH4 F1 = 644,5 mol, sehingga
F = 1000 molC02 = 15% = 150 molH2S = 5% = 50 molCOS = 1,4% = 14 molCH4 = 78,6% = 786 mol
F1 = 820 molC02 = 15% = 123 molH2S = 5% = 41 molCOS = 1,4% = 11,5 molCH4 = 78,6% = 644,5 mol
F2 = 180 molC02 = 15% = 27 molH2S = 5% = 9 molCOS = 1,4% = 2,5 molCH4 = 78,6% = 141,5 mol
A = ? molC02 = ?H2S = ?COS = ?
F3 = ? molC02 = ?H2S = ?COS = ?CH4 = ?
P = ? molCO2 = ?H2S = 1%COS = 0,3 %CH4 = ?
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
CH4 p = CH4 F2 + CH4 F3 = 141,5 mol + 644,5 mol
= 768 mol
Kemudian dari soal diketahui bahwa pada sistem absorpsi, setiap mol H2S yang terabsorp
juga akan terabsorp 1 mol CO2 dan semua COS, maka pada neraca A:
H2S (A) = 41 mol (terserap semua)
CO2 (A) = 41 mol (mengikuti aturan 1 mol H2S terserap)
= 1 mol CO2 ikut terserap
COS (A) = 11,5 mol (terserap semua karena mengikuti aturan semua COS terserap per 1
mol H2S)
A = 41 mol + 41 mol + 11,5 mol
= 93,5 mol
Maka neraca F3
CH4 (F3) = 644,5 mol
CO2 (F3) = CO2 (F1) - CO2 (A)
= 123 mol – 41 mol
= 82 mol
H2S (F3) = 0 mol
COS (F3) = 0 mol
F3 = 644,5 mol + 82 mol
= 726,5 mol
Sehingga
F2 + F3 = P
P = 180 mol + 726,5 mol
= 906,5 mol
Neraca P:
CH4 (P) = 786 mol
CO2 (P) = CO2 (F2) + CO2 (F3)
= 27 mol + 82 mol
= 109 mol
H2S (P) = 1% (P)
= 9 mol
Atau,
H2S (P) = H2S (F2)
= 9 mol
COS (P)= 0,3% (P)
= 2,5 mol
Atau,
COS (P)= COS (F2)
= 2,5 mol
F = 1000 molC02 = 15% = 150 molH2S = 5% = 50 molCOS = 1,4% = 14 molCH4 = 78,6% = 786 mol
F1 = 820 molC02 = 15% = 123 molH2S = 5% = 41 molCOS = 1,4% = 11,5 molCH4 = 78,6% = 644,5 mol
F3 = 726,5 molC02 = 82 molH2S = 0 molCOS = 0 molCH4 = 644,5 mol
P = 906,5 molCO2 = 109 molH2S = 1% = 9 molCOS = 0,3 % = 2,5 molCH4 = 786 mol
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
Sistem absorpsimixerSplitter
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Gambar akhir menjadi:
Komposisi aliran
Komponen F F1 F2 A F3 P
mol % mol % mol % mol % mol % mol %
CH4 786 78,6 644,5 78,6 141,
5
78,6 - - 644,5 88,7 786 86,7
H2S 50 5 41 5 9 5 41 43,8 - - 9 1
COS 14 1,4 11,5 1,4 2,5 1,4 11,5 12,4 - - 2,5 0,3
CO2 150 15 123 15 27 15 41 43,8 82 11,3 109 12
Total 1000 100 820 100 180 100 93,5 100 726,5 100 906,5 100
2. JAWABAN
Reaksi :
3C2H5OH + 2Na2Cr2O7 + 8H2SO4 → 3CH3COOH + 2Cr2(SO4)3 + 2Na2SO4 + 11H2O
Skema:
Basis : 100 mol F1
A = 93,5 molC02 = 41 molH2S = 41 molCOS = 11,5 mol
F2 = 180 molC02 = 15% = 27 molH2S = 5% = 9 molCOS = 1,4% = 2,5 molCH4 = 78,6% = 141,5 mol
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
Mixer Reaktor
SEPARATOR
F1C2H5OH
F2H2SO4
F3C2H5OHH2SO4
Na2Cr2O7
RC2H5OHH2SO4
PC2H5OHH2SO4
Na2Cr2O7CH3COOHCr2(SO4)3Na2SO4
H2O
WC2H5OHH2SO4
Na2Cr2O7Cr2(SO4)3Na2SO4
H2O
DCH3COOH
WC2H5OHH2SO4
Na2Cr2O7Cr2(SO4)3Na2SO4
H2O
F1C2H5OH
F2H2SO4Na2Cr2O7
Overall sistem90% Konversi
DCH3COOH
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Dari informasi soal diketahui :
- Konversi overall sebesar 90%
- Aliran recycle = umpan segar C2H5OH = 100 mol
- H2SO4 (R) = 94% (R) = 94 mol
- C2H5OH (R)= 6% (R) = 6 mol
- Laju umpan segar F2 untuk H2SO4 excess 20% dan untuk Na2Cr2O7 excess 10%
stoikiometrik C2H5OH
- H2SO4 = 8/3 (F1) = 8/3 (100 mol)
= 266,6 mol, karena excess 20% = 320 mol
- Na2Cr2O7 = 2/3 (F1) = 2/3 (100 mol)
= 66,6 mol, karena excess 10% = 73,3 mol
- Pada D hanya ada CH3COOH, di W tidak terdapat CH3COOH.
- Untuk mencari komposisi limbah mula-mula dibutuhkan reaksi overall, yaitu reaksi yang
hanya menyangkut sistem keseluruhan dengan input berupa F1 dan F2 kemudian output
berupa D dan W. Pada reaksi overall dengan konversi 90%, didapat data sebagai berikut:
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
F3C2H5OHH2SO4
Na2Cr2O7
PC2H5OHH2SO4
Na2Cr2O7CH3COOHCr2(SO4)3Na2SO4
H2O
ReaktorX% konversi
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
3C2H5OH + 2Na2Cr2O7 + 8H2SO4 → 3CH3COOH + 2Cr2(SO4)3 + 2Na2SO4 + 11H2O
Awal 100 mol 73,3 mol 320 mol - - - -
Reaksi 90 mol 60 mol 240 mol 90 mol 60 mol 60 mol 330 mol
Sisa 10 mol 13,3 mol 80 mol 90 mol 60 mol 60 mol 330 mol
Sehingga:
pada D karena hanya berupa CH3COOH maka hanya terdapat CH3COOH sebanyak 90 mol.
Dan pada W terdapat :
C2H5OH w = 10 mol
Na2Cr2O7 w = 13,3 mol
H2SO4 w = 80 mol
Cr2(SO4)3 w = 60 mol
Na2SO4 w = 60 mol
Air w = 330 mol
Kemudian untuk menentukan konversi sekali jalan reaktor dibutuhkan neraca reaksi input
dan output yaitu F3 dan P. Diketahui bahwa komposisi produk reaktor yaitu CH3COOH,
Cr2(SO4)3, Na2SO4 dan air tidak berubah pada P karena tidak keempat komponen tersebut
tidak mengalami reaksi lagi sejak P hingga ke D dan W.
Komposisi P:
CH3COOH p = 90 mol
Cr2(SO4)3 p = 60 mol
Na2SO4 p = 60 mol
Air p = 330 mol
Kemudian pada F3 merupakan reaktan berupa campuran aliran dari F1, F2 dan R sehingga
komposisi pada F3:
C2H5OH F3 = C2H5OH F1 + C2H5OH R = 100 mol + 6 mol = 106 mol
H2SO4 F3 = H2SO4 F2 + H2SO4 R = 320 mol + 94 mol = 414 mol
Na2Cr2O7 F3 = Na2Cr2O7 F2 = 73,3 mol
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Sehingga persamaan reaksinya:
3C2H5OH + 2Na2Cr2O7 + 8H2SO4 → 3CH3COOH + 2Cr2(SO4)3 + 2Na2SO4 + 11H2O
Awal 106 mol 73,3 mol 414 mol - - - -
Reaksi 90 mol 60 mol 240 mol 90 mol 60 mol 60 mol 330 mol
Sisa 16 mol 13,3 mol 174 mol 90 mol 60 mol 60 mol 330 mol
Sehingga pada P terdapat komposisi:
C2H5OH p = 16 mol
Na2Cr2O7 p = 13,3 mol
H2SO4 p = 174 mol
CH3COOH p = 90 mol
Cr2(SO4)3 p = 60 mol
Na2SO4 p = 60 mol
Air p = 330 mol
Sehingga konversi C2H5OH pada reaktor adalah
C 2H 5 OH F 3−C 2 H 5OH pC 2 H 5OH F 3
= 106 mol−16 mol
106 mol = 0,85 = 85%
Ringkasan hasil hitungan:
KomponenF1
(mol)
F2
(mol)
R
(mol)
F3
(mol)
P
(mol)
D
(mol)
W
(mol)
C2H5OH 100 - 6 106 16 - 10
H2SO4 - 320 94 414 174 - 80
Na2Cr2O7 - 73,3 - 73,3 13,3 - 13,3
CH3COOH - - - - 90 90 -
Cr2(SO4)3 - - - - 60 - 60
Na2SO4 - - - - 60 - 60
Air - - - - 330 - 330
Total 100 393,3 100 593,3 743,3 90 553,3
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Ujian Akhir Semester Ganjil 2006/2007 - Program Studi Teknik Kimia S1 Reguler
Sifat : Open Book
Hari/Tanggal : Rabu/27 Desember 2006
Waktu : 90 menit
Sebuah industri methanol PT.DTK-SUGOI.tbk akan mengoperasikan reaktor untuk
mensintesis metanol yang akan menggunakan teknologi canggih yang baru dikembangkan
oleh DTK-UI. Teknologi baru yang dipakai ialah proses steam reforming yang mereaksikan
umpan CH4 dengan H2O (steam) dan langsung menghasilkan metanol. Reaksi yang terjadi
adalah sbb:
CH4(g) + H2O (g) ↔ CH3OH (l) + H2 (g)
Reaktor berupa silinder dengan tinggi 2 meter yang didalamnya terdapat katalis yang
diletakkan pada bagian atas reaktor. Pada bagian bawah reaktor terdapat pengaduk yang
dihubungkan dengan motor penggerak berkekuatan 100 HP. CH4 dan steam dimasukkan ke
reaktor melalui bagian paling atas sedangkan produk berupa metanol cair dan gas H2
dikeluarkan dari reaktor dari bagian paling bawah. Semua perpipaan untuk keluar masuk
umpan dan produk berdiameter 5 inchi.
CH4(g) siumpankan sebanyak 4444,8 lb/jam atau 277,8 lbmol/jam pada suhu 400K
dan tekanan 1 atm. Pada suhu dan tekanan tersebut, aliran CH4(g) dalam pipa 5 inchi adalah
sebesar 1,7 x 106 ft/jam. Sedangkan steam dialirkan ke reaktor dengan jumlah stoikiometi
pada tekanan 40 psi dengan suhu 400 0F . Pada kondisi ini, aliran steam ke reaktor adalah
sebesar 0,46 x 106 ft/jam.
Sebagai produk reaksi yang masing-masing dikeluarkan melalui pipa pada bagian
paling bawah reaktor, cairan methanol sebesar 277,8 lbmol/jam keluar pada suhu 77 0C.
Dengan densitas 50 lb/ft3, maka kecepatan aliran metanol dalam pipa berdiameter 5 inchi
adalah 130,9 ft/jam. Sedangkan gas hidrogen sebanyak 277,8 lbmol/jam keluar reaktor pada
suhu yang sama dengan suhu methanol cair yaitu 77 0C dan tekanan 1 atm. Kecepatan aliran
produk gas H2 pada pipa keluaran adalah sebesar 0,83 x 106 ft/jam.
Perhitungan detil sangat diperlukan pada disain reaktor ini, oleh karena itu tidak ada
energi yang boleh diabaikan. Sebagai process engineer, anda diminta membantu menghitung:
a. Apakah diperlukan panas atau dikeluarkan panas dari reaktor? Berapa
besarnya (BTU/jam)?
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
b. Jenis energi apa yang paling berperan dalam proses ini? Berapa % dari energi
keseluruhan?
c. Apabila pada reaktor dipasang jaket, kedalam jaket tsb dialirkan air pendingin
atau steam? Dan berapa lajunya (lb/jam)? (air pendingin yang tersedia bersuhu
awal 25 0C dan diharapkan bersuhu akhir 70 0C, sedangkan steam tersedia
pada suhu 400 0F tekanan 40 psi dan keluar jaket diharapkan berupa kondensat
yang merupakan cairan jenuh pada 1 atm)
Karena keberhasilan perhitungan ini menentukan karir anda di perusahaan, boss anda
(kepala process engineer) mengingatkan agar perhitungan dilakukan sesuai kaidah
perhitungan neraca massa dan energi yaitu:
1. Menggambar sistem keseluruhan dan menetapkan batas untuk sistem yang dihitung
2. Menentukan basis
3. Menentukan referensi utnuk menghitung tinggi
4. Menggunakan referensi suhu 25 0C untuk menghitung entalpi karena terdapat reaksi
kimia
5. Selalu menuliskan unit (satuan) pada angka di setiap perhitungan
6. Dll
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Jawaban
System adalah OPEN SYSTEM
ΔE = Q + W – Δ (H + K + P), karena ΔE = 0, maka persamaan yang berlaku adalah
Q = -W + ΔH + ΔP + ΔK
Basis 1 jam operasi
Menghitung W:
W = 100 HP.hr x 2,545.103 BTU/1 HP.hr
= 254.500 BTU
Menghitung ΔP
h = 2 m x 3,2808 ft/1 m
= 6,56 ft
ΔP = 32,2 ft/s2 x 6,56 ft x 1/(32,2 lbm.ft/lbf.s2) x 1 BTU/(778,2 ft.lbf)
= 8,4.10-3 BTU/lb
ΔP H2 = ΔP CH3OH = 0
Steam, m = 277,8 lbmol x 18 lb/lbmol
= 5000 lb
→ ΔP steam = 5000 lb x 8,4.10-3 BTU/lb
= 42 BTU
CH4, m= 277,8 lbmol x 18 lb/lbmol
= 4444,8 lb
→ ΔP CH4 = 4444,8 lb x 8,4.10-3
BTU/lb
= 37,3 BTU
→ ΔP total = ΔP H2 + ΔP CH3OH + ΔP steam
= 79,3 BTU
Menghitung ΔH
ΔH = ΔH reaksi + ΔH sensible
Karena ΔH reaksi dihitung menggunakan ΔHf dengan referensi suhu 25 0C, maka
→suhu referensi untuk menghitung ΔH = 25 0C
o Menghitung ΔH reaksi
ΔHr = lbmol{(ΔHf H2 + ΔHf CH3OH) – (ΔHf CH4 + ΔHf H2O)} kJ/gmol x 430
(BTU/lbmol)/(KJ/gmol)
= 277,8{(0-238,64) – (-74,84 – 241,826)} x 430
= 9.333.523,2 BTU
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
o Menghitung ΔH sensible
ΔH steam (H2O) (lihat steam table untuk saturated dan superheated steam)
P = 40 psi, T=400 0F, ΔH steam (H2O) = 1236,4 BTU/lb
ΔH steam (H2O) pada 25 0C (saturated) = 1095,5 BTU/lb
m steam = 5000 lb → ΔH steam (H2O) = 5000 lb x (1236,4 – 1094,5) BTU/lb
= 709.500 BTU
ΔH CH4 (lihat tabel D-2 Appendix D)
ΔH CH4 pada 400K = 4740 x 0,4306 = 2041 BTU/lbmol
ΔH CH4 pada 25 0C atau 298K = 879 x 0,4306 = 378,5 BTU/lbmol
m CH4 = 277,8 lbmol
ΔH CH4 = 277,8 lbmol (2041-378,5)BTU/lbmol
= 461.842,5 BTU
ΔH H2 (lihat tabel D-6 Appendix D)
ΔH H2 pada 350K = 2209 x 0,4306 = 951,2 BTU/lbmol
ΔH H2 pada 25 0C atau 298K = 718 x 0,4306 = 309,2 BTU/lbmol
m H2 = 277,8 lbmol
ΔH H2 = 277,8 lbmol (951,2-309,2) BTU/lbmol
= 178.347,6 BTU
ΔH CH3OH (menggunakan data a, b, c, d pada tabel E-1 Appendix E untuk menghitung
Cp)
ΔH CH3OH =∫298
350
¿¿) dT
=-259,25(350-298)+0,01679.10−2(3502–2982)–0,388.10−5(3503–2983)
= -13.539,02 J/gmol x 0,2390 {(BTU/lbmol)/(J/gmol)}
= -3235,8 BTU/lbmol
= -101,12 BTU/lb
m CH3OH = 277,8 lbmol x 32 lb/lbmol
= 8889,6 lb
ΔH CH3OH = -101,12 BTU/lb x 8889,6 lb
= -898.905,2 BTU
ΔH Sensible = (ΔH CH3OH + ΔH H2) – (ΔH CH4 + ΔH H2O)
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
jaket reaktorQ
Steam
kondensat
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
= (-898.905,2 + 178.347,6) – (461.842,5 + 709.500) = -1.891.900,1 BTU
→→ ΔH = ΔHr + ΔH Sensible
= 9.333.523,2 + (-1.891.900,1)
= 7.441.623,1 BTU
Menghitung ΔK
v CH3OH = 130,9 ft/jam; v H2 = 0,83.106 ft/jam
v H2O = 0,46.106 ft/jam; v CH4 = 1,07. 106 ft/jam
ΔK = ½[{(m.v2)CH3OH + (m.v2)H2} – {(m.v2)H2O + (m.v2)CH4)}]
= ½ [{(8889,6 x (130,9)2 + 555,6 x (0,83.106)2}-{5000 x (0,46.106)2 + 444,8 x
(1,07.106)2}] lbm.ft2/jam2 x (jam2/36002s2) x 1/(32,2 lbm.ft/lbf.s2) x (1 BTU/778,2
ft.lbf)
= -8.897,1 BTU
Q = -W + ΔH + ΔP + ΔK
= -254.500 + 7.441.623,1 – 8.879,1 + 79,3
= 7.178.323,3 BTU
A. Energi yang harus dimasukkan ke reaktor sebesar 7.178.323,3 BTU
B. Energi yang paling dominan adalah entalpi
terhadap seluruh besaran energi secara absolut, bagian entalpi adalah =
7.441.623,1/(254.500 + 7.441.623,1 + 8.879,1 + 79,3) x 100% = 96,5%
Oleh karena itu pada perhitungan awal, energi selain entalpi biasanya diabaikan
C. Pada jaket reaktor harus dialirkan steam untuk memasukkan panas ke reaktor
Open system
ΔE = ΔP = W = 0 dan untuk hitungan awal, ΔK = 0 → Q = ΔH
ΔH steam pada 400K 40 psi = 1236,4 BTU/lb
ΔH saturated liquid pada 1 atm = 180,07 BTU/lb
Panas yang disuplai steam ke reaktor = (1236,4 – 180,07)
= (1056,33 BTU/lb)
Laju steam yang diperlukan = 7.178.323,3 BTU/1056,33 BTU/lb
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
= 6.795,5 lb steam/jam
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Ujian Akhir Semester Ganjil 2007/2008 - Program Studi Teknik Kimia S1 Reguler
Sifat : Open Book
Tanggal : 19 Desember 2007
Waktu : 90 menit
Seorang walikota jenius bernama SUGIOSAN pada sebuah kota YOIMACHI
memerintahkan semua industri yang menggunakan bahan bakar harus melakukan pengolahan
terhadap gas buang hasil pembakarannya masing-masing. Pengolahan terhadap gas hasil
pembakaran ini dilakukan dengan memisahkan gas CO dari gas hasil pembakaran yang lain.
Gas CO ini kemudian diolah oleh perusahaan PT.IISHORAI milik pemerintah kota untuk
menghasilkan gas H2 yang akan dipakai sebagai bahan bakar pada kendaraan bermotor
menggantikan bensin/solar. Untuk itu, SUGIOSAN mewajibkan semua kendaraan bermotor
di kota itu memakai teknologi fuel cell yang menggunakan H2 sebagai bahan bakar.
Untuk menghasilkan H2 sebgai bahan bakar, PT.IISHORAI mereaksikan 28.000
kg/hari CO dengan ekses 100% air menjadi CO2 dan H2. CO dan H2O sebagai reaktan
dipanaskan terlebih dahulu sehingga masuk reaktor bersuhu 500K tekanan 1 atm. Pada
reaktor dipasang jaket untuk mengambil panas yang dihasilkan reaksi karena reaksi ini
bersifat eksotermis. Ke dalam jaket dialirkan air pendingin dengan laju alir 425 ton/hari
dengan suhu awal 300 K dan suhu air pendingin keluar jaket adalah 340 K.
1. Hitunglah suhu produk reaksi keluar reaktor!
SUGOISAN belum puas dengan sistem ini dan merencanakan menggunakan air yang
keluar dari jaket reaktor untuk mengisi kolam renang sehingga menjadi kolam renang air
hangat. Kolam renang yang bervolume 120.000 m3 dan air kolam harus diganti tiap hari
karena suhu air sudah tidak lagi hangat pada hari berikutnya. SUGOISAN meminta
mahasiswa DTKUI membantu menghitung lagi dengan ketentuan sbb: kolam diisi air dari
keluaran jaket lalu ditambah air biasa (suhu 300K) sampai kolam menjadi penuh. Kemudian
panas yang dimiliki reaktor (H2 dan CO2) dipakai untuk memanaskan lagi air kolam sehingga
(H2 dan CO2) menjadi bersuhu 300K.
2. Hitunglah suhu air kolam renang dan beri pendapat apakah suhu tersebut layak untuk
dipakai berenang?
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Jawaban
1. Diketahui
Ditanyakan: suhu keluaran reaktor (B) ?
Asumsi:
Sistem berlangsung tunak artinya tidak ada akumulasi massa ataupun energi (
Δ E dan macc=0)
Besarnya perubahan energi kinetik dan energi potensial diabaikan karena bernilai
jauh lebih kecil dari perubahan entalpi yang terjadi.
Sistem berlangsung dalam tekanan yang tetap (isobaric).
Tidak ada kalor yang keluar dari sistem, perpindahan kalor hanya terjadi antara
reaktan-produk dan jaket
Tidak ada perubahan fasa air pada jaket
Basis: Proses dalam 1 hari
Perhitungan neraca massa,
Untuk CO2, n = mmr
n = 28.000.000 gr
28 gr /mol
n = 1.000.000 mol
persamaan reaksi
CO + H2O → CO2 + H2
Diketahui 100% ekses air
CO H2O CO2 H2
Mula-mula 1.000.000 2.000.000 - -
Bereaksi - 1.000.000 1.000.000 1.000.000
Akhir - 1.000.000 1.000.000 1.000.000
Perhitungan neraca energi
Untuk jaket,
Δ E = Q + W – (Δ H+ Δ P + Δ K )
Q = Δ H
Q = m c ΔT
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Q = 425.000 kg x 4,2 kJkg
K x (340-300) K
Q = 71.400.000 kJ
Untuk reaktor
Keadaan referensi adalah 25 0C dalam 1 atm. Dalam pemecahan masalah nilai kalor
sensible akan diambil dari nilai table D.6 dan Δ Hf dari tabel F.1
Reaktan gmol T (K) ΔH sensibel ΔHf ΔH total
CO 1.000.000 500 6,652-0,728 -110,52 -104.623
H2O 2.000.000 500 7,752-0,837 -241,826 -469.882
-574.445
Pada reaktor
ΔE = Q – W – (ΔH + ΔP + ΔK)
Q = ΔH
Q = (ΔH akhir - ΔH awal)
71.400 MJ = (ΔH akhir – (- 574.445))
ΔH akhir = -503.045 MJ
Pencarian suhu akhir dengan trial and error
Iterasi pertama T= 500 K
Produk gmol T (K) ΔH sensibel ΔHf ΔH total
CO2 1.000.000 500 9,204-0,912 -393.51 -385.218
H2 1.000.000 500 5,689-0,718 0 4.971
H2O 1.000.000 500 7,752-0,837 -241.826 -234.911
Total -615.158
Iterasi kedua T=1 500 K
Produk gmol T (K) ΔH sensibel ΔHf ΔH total
CO2 1.000.000 1500 62,676-0,912 -393.51 -331.746
H2 1.000.000 1500 36,994-0,718 0 36.276
H2O 1.000.000 1500 48.848-0,837 -241.826 -193.815
Total -489.285
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Dengan ekstrapolasi didapat suhu akhir produk:
T ΔH500 -615.1581500 -498.285
X -503.045
T−T 1Δ H−Δ H 1
= T 2 – T 1Δ H 2−Δ H 1
T−500−503.045−(−615.158)
= 1500−500−489.285−(615.158)
T−500112.113
= 1000125.873
T = 1.390.683 K
2. Diketahui :
volume kolam renang 120.000 m3
Aliran air keluaran jaket per hari 425 ton, suhu 340 K
Suhu air biasa 300 K
Kalor yang dihasilkan oleh keluaran produk sampai suhunya turun menjadi 300 K
Ditanya : suhu akhir kolam renang?
Jawab :
Volume air keluaran jaket
V = m / ρ
V = 425000 kg / 1000 kgm-3 = 425 m3
Jadi volume air biasa yang ditambahkan adalah sebanyak 119.575 m3.
Suhu air kolam renang ditambah kalor
Q Kondensor = Q air biasa
m.c.ΔT = m.c.ΔT
425.000 kg (T - 340) = 119.575.000 (300 – T)
T – 340 = 281.353 (300 – T)
T – 340 = 84.405,882 – 281,353 T
282.353 T = 84.745,882
T = 300,14160 K
Besarnya kalor yang dihasilkan pada pendinginan produk reaktor
Produk Gmol T (K) ΔH sensibel ΔHf ΔH total
CO2 1.000.000 300 0,986-0,912 -393.51 -393.436
H2 1.000.000 300 0,763-0,718 0 45
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
H2O 1.000.000 300 0,905-0,837 -241.826 -241.758
-635.149
Q = ΔH
Q = ΔH akhir - ΔH awal
Q = -635.149 – (-503.045) = -132.104 MJ
Reaktor mengeluarkan kalor sebesar nilai tersebut dan kolam menerima kalor dengan
nilai tersebut sehingga kalor yang ada pada sistem kolam renang bernilai positif.
Q = m.c.ΔT
132.104.000 KJ = 120.000.000 kg x 4,2 KJ/Kg K (T – 300,14160)K
132.104 Kj = 120.000 Kj x 4,2 KJ/Kg K (T – 300,14160)K
0,2621111 K = (T-300,14160) K
T = 300,403111 K
Suhu tersebut masih layak untuk digunakan sebagai kolam renang meskipun kurang
hangat untuk kolam air panas.
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Ujian Akhir Semester Ganjil 2008/2009 - Program Studi Teknik Kimia S1 Reguler
Sifat : Open Book
Hari/Tanggal : Jumat/19 Desember 2008
Waktu : 90 menit
Dosen : Prof. Dr. Ir. M. Nasikin M.Eng.
Ir. Eva F. Karamah, MT.
Gelanggang renang Water Bumz akan membuat wahana tempat mandi air hangat.
Pemandian air hangat berupa kucuran air yang menyerupai hujan dimana air hangat tersebut
berasal dari tangki yang berada pada ketinggian 10 meter dihitung dari permukaan tanah
(lihat ilustrasi di bawah ini). Untuk menghasilkan air hangat tersebut, air dari permukaan
tanah bersuhu 300 K (boleh diasumsikan sebagai saturated water), dialirkan ke dalam tangki
menggunakan pipa berdiameter 4 cm dengan laju alir air = 0,285 liter/detik.
Sebagai sumber panas, steam dari boiler yang berada di permukaan tanah dialirkan ke
dalam tangki untuk dicampur dengan air. Steam dialirkan ke tangki melalui pipa berdiameter
6 cm dengan laju 136,2 kg/jam. Steam yang dipakai berada pada kondisi tekanan 200 Kpa
dengan suhu 400K.
Pada tangki dipasang pengaduk yang diputar oleh motor berkekuatan 1 PK agar
terjadi proses pencampuran yang sempurna antara air biasa dengan steam untuk
menghasilkan air hangat.
Air hangat yang dihasilkan pada tangki dikeluarkan melalui pipa dengan diameter 4
cm dan dialirkan ke arah permukaan tanah berupa kucuran air untuk fasilitas mandi air
hangat.
Tugas anda sebagai engineer adalah:
1. Tentukan suhu air hangat yang dihasilkan untuk pemandian air hangat tersebut
2. Beri komentar apakah suhu tersebut layak atau tidak untuk pemandian air hangat dan
apabila kondisinya belum layak, beri rekomendasi terhadap perubahan yangdiperlukan
agar kondisi air hangat layak sebagai pemandian air hangat
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Jawaban
1. suhu air hangat yang dihasilkan untuk pemandian air hangat tersebut
a) Material yang masuk tangki (basis 1 jam)
Air (A) : V= 0,285 L/s = 1026 kg/jam = 0,000285 m3/s
→ dibagi luas untuk mencari kecepatan laju alir
= 0,000285
3,14( 2100
)2 = 0,227 m/s
EkA = ½ mv2 = ½.1026.(0,227)2 = 26,4 J = 0,0264 kJ
EPA = mgh= 1026.9,8.10 = 100,55 J = 0,1005 kJ
ΔHA = 111,7 kJ/kg.1026 kg = 114.604,2 kJ (300K,saturated,dari steam tabel)
Steam (S) : P = 200 kPa, T = 400 K (V = 0,9624 m3/kg, ΔH = 2720 kJ/kg)
V = 136,2 kg/jam = 0,034 m3/s
→ 0,034
π r2 = 0,034
3,14( 3100
)2 = 12,03 m/s
Eks = ½.136,2.(12,03)2 = 9,9 kJ
Eps = 136,2 . 9,8 . 10 = 370,464 kJ
W = 1 pk = 2684,5 kJ
b) Keluaran tangki (air panas)
Total keluaran =1026 + 136,2 =1162,2 kg/jam = 3,2.104 m3/s
v=3,2.10−4
π r2 = 3,2. 10−4
3,14 ( 2100
)2 =0,2574
ms
EkAP = ½.116,2.(0,2547)2 = 0,038 kJ
EPAP = 116,2 . 9,8 . 10 = 113,89 kJ
Open system terisolasi (Q = 0)
Pers. Neraca energi : ΔE = Q – W =Δ (H + K + P)
ΔH = W - ΔK - ΔP
ΔHAP – (ΔHA + ΔHS) = W – {ΔKAP – (ΔKA + ΔKS)} – {ΔPAP – (ΔPA + ΔPS)}
ΔHAP – (114.604,2 + 370.464)= 2683,5 – {0,038 – (0,0264 + 9,9)} – {113,89 – (0,1 + 13,3)}
ΔHAP = 487.662,11 kJ (dibagi massa keluaran)
Maka T air panas dapat dihitung dengan interpolasi pada steam tabel dan diperoleh :
T = 373,3 K = 200,3 0C
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
2. komentar
Air terlalu panas, rekomendasi antara lain mengurangi laju air steam
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Ujian Akhir Semester Ganjil 2006/2007
Kimia Fisika 2
Tanggal : 27 Desember 2007
Waktu : 90 menit (08.00-09.30)
Sifat : Open book
Seorang mahasiswi Teknik Kimia sedang mengerjakan tugas akhirnya tentang pemanfaatan
minyak kelapa sebagai emulsifier. Senyawa yang ingin diperolehnya adalah sodium lauril
sulfat dengan rumus kimia (secara umum) sebagai berikut:
CH3-(CH2)10-15-CH2-O-SO3-Na
Penelitiannya dimulai dengan mengubah trigliserida (TG), yang merupakan kandungan
terbesar dalam minyak kelapa, menjadi metil ester dan gliserol (GL) melalui reeaksi
transesterifikasi. Reaksi overall transesterifikasi trigliserida menjadi metil ester adalah
sebagai berikut:
katalis
TG + 3MeOH 3R’COOMe + GL
Reaksi di atas sebenarnya terdiri atas 3 tahapan reaksi, yaitu:
Dengan DG dan MG adalah digliserida dan monogliserida, dan R’ yang diharapkan adalah
senyawa laurat (-C12). Untuk mendapatkan metil laurat, metil ester yang diperoleh kemudia
dipisahkan dengan memanfaatkan perbedaan titik leleh antara asam-asam lemak yang ada.
Soal 1. Turunkanlah persamaan laju pembentukan metil laurat berdasarkan tahapan reaksi di
atas.
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Setelah metil laurat dipisahkan, tahapan penelitian berikutnya adalah pembentukan senyawa
alcohol dari ester metil laurat yang diperoleh, yang dilakukan melalui reaksi hidrogenasi yang
dikatalisis oleh Ni. Dari penelitian tersebut, diperoleh data seperti di bawah ini:
p/Torr 105 282 492 594 620 755 798
103z 32.6 87.5 152.7 184.4 192.4 234.3 247.7
Dengan z = p/p* . Diketahui bahwa pada suhu reaksi p* = 3222 torr.
Soal 2. Jika reaksi tersebut mengikuti persamaan adsorpsi isotermis BET, tentukanlah nilai
konstanta c dan volume yang dibutuhkan untuk membentuk lapisan tunggal.
Setelah memperoleh senyawa alcohol dari ester, masih ada satu tahapan reaksi lagi yang
harus dilakukan mahasiswi tersebut untuk bisa mendapatkan produk akhir. Senyawa akhir
yang diperolehnya akan diujikan pada emulsi minyak dalam air.
Soal 3. Mengapa senyawa tersebut bisa digunakan sebagai emulsifier untuk minyak dalam
air? Mahasiswi tersebut juga harus menguji kestabilan emulsi dan bagaimana cara
mengujinya?
Soal 4. Gunakanlah diagram pendinginan di bawah ini untuk menggambarkan diagram fasa
sistem A & B.
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Jawaban
1. Reaksi di atas termasuk dalam reaksi bertahap dan juga reaksi berantai. Untuk
menyelesaikannya, kita dapat menerapkan apa yang dikenal dengan nama steady state
principle. Prinsip ini menyatakan bahwa ketika dalam suatu reaksi terdapat suatu
intermediate maka laju pembentukan intermediate akan sama dengan laju hilangnya
intermediate. Intermediate adalah molekul yang terbentuk pada suatu tahap reaksi dan
kemudian hilang pada tahap reaksi yang berikutnya. Intermediate pada reaksi ini adalah
DG dan MG.
Laju pembentukan DG = laju hilangnya DG
k1[TG][MeOH]+k5[MG][R’COOMe]=k4[DG][R’COOMe]+k2[DG][MeOH]
[DG] = k1[TG][MeOH]+k5[MG][R’COOMe] (a)
k4[R’COOMe]+k2[MeOH]
Laju pembentukan MG = laju hilangnya MG
k2[DG][MeOH]+k6[GL][R’COOMe]=k5[MG][R’COOMe]+k3[MG][MeOH]
[MG] = k2[DG][MeOH]+k6[GL][R’COOMe] (b)
k5[R’COOMe]+k3[MeOH]
Laju pembentukan metil laurat
d[R’COOMe] = k1[TG][MeOH]+k2[DG][MeOH]+ k3[MG][MeOH] (c)
dt
Kemudian substitusi nilai [MG] ke dalam [DG] sehingga nantinya didapat
[DG] = k1k5[TG][MeOH][R’COOMe]+k1k3[TG][MeOH] 2 +k 5k6[GL][R’COOMe] 2 (d)
k4k5[R’COOMe]2+k3k4[R’COOMe][MeOH]+k2k3[MeOH]2
Setelah itu masukkan kembali nilai [DG] ke nilai [MG], sehingga didapat nilai [MG]
yang baru : (lakukan substitusi sendiri)
Masukkan nilai (d) dan (e) ke persamaan (c): (lakukan substitusi sendiri)
2. Dalam postulatnya, Brunauer, Emmett, dan Teller mengembangkan persamaan Langmuir,
sehingga dapat digunakan untuk menjelaskan adsorpsi multimolekular pada permukaan
adsorben padat. Persamaan BET yaitu:
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
PV (Po−P)
= 1V mC
+ C−1V mC
.PPo
Dimana: V = volume gas teradsorp pada tekanan P
Vm = volume gas teradsorp untuk membentuk lapisan monolayer
Po = tekanan uap jenuh
C = konstanta pada temperatur yang diberikan dapat berupa:
Catatan: semua satuan volume diturunkan pada kondisi standar (STP)
Sebenarnya, untuk memperoleh harga Vm dan C, dibuat plot antara P
V (Po−P) sebagai
fungsi PPo
yang berupa grafik garis lurus. Nantinya grafik akan memotong sumbu
PV (Po−P) pada
1V mC dan memiliki gradient
C−1V m C . namun, karena tidak diberikan data V
maka kita harus bertanya apakah soalnya benar dan tidak ada koreksi. (pesan: pokoknya
cara ngerjainnya begitu, jadi kembangin aja sendiri ya =D)
3. Senyawa tersebut (sabun) dapat digunakan sebagai emulsifier dalam minyak dan air
karena sabun memiliki 2 jenis kepala yaitu :
- Hidrofil yang suka air
- Hidrofob yang suka minyak
Masing-masing kepala akan mengikat air dan minyak mengakibatkan air dan minyak
dapat bersatu.
Kestabilan emulsi adalah kemampuan emulsi untuk mempertahankan kondisinya. Makin
stabil suatu emulsi, makin sulit emulsi tersebut untuk dipisahkan, sebaliknya emulsi yang
tidak stabil akan sangat mudah dipisahkan.
Cara menguji kestabilan emulsi:
- Dipanaskan
- Didiamkan untuk beberapa waktu/diendapkan
- Diberi zat anti emulsi
4.
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Note:
- Sumbu kiri A = 0% B = 100%
- Sumbu kanan B = 0% A = 100%
- Pembuatan diagram fasa dan penamaan diagram secara detail dapat dilihat di buku Maron
Lando hal 630-645
- Pertama buat titik di tempat dimana diberikan presentase masing-masing bagian pada
kurva pendinginan
- Sumbu horizontal menandakan suhu, makin suhu turun, titik akan turun ke bawah. Jika
titik turun menemui ‘lembah’ maka titik itu akan ikut turun bersama ‘lembah’ sampai
bertemu dengan titik azeotrop
Cara membaca kurva pendinginan:
- Garis yang menurun berarti suhu turun, titik di diagram fasa juga ikut turun
- Perubahan gradient berarti titik bertemu dengan lembah
- Garis horizontal berarti titik bertemu dengan titik azeotrop
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Ujian Akhir KIMIA FISIKA 2 Semester Ganjil 2007/2008
1. Magnesium oksida dan nikel oksida diketahui tahan terhadap suhu tinggi. Walaupun
demikian, keduanya akan meleleh jika berada pada suhu yang cukup tinggi. Karakteristik
dari campuran kedua senyawa ini sangat menarik bagi industri keramik. Gambarkan
diagram suhu vs komposisi untuk sistem tersebut di atas dengan menggunakan data di
bawah ini, dimana x sebagai fraksi mol MgO di dalam padatan dan y sebagai fraksi mol-
nya di dalam cairan.
Suhu (oC) 1960 2200 2400 2600 2800
X 0 0,35 0,60 0,83 1,00
Y 0 0,18 0,38 0,65 1,00
Tentukan:
a. Titik leleh campuran, jika x = 0,30.
b. Komposisi dan proporsi fasa yang ada, jika padatan dengan komposisi pada (a)
dipanaskan hingga suhu 2200oC
c. Suhu pada saat cairan yang komposisinya y = 0,70 mulai memadat.
2. Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon, dihasilkan
dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Ketika
pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi kebocoran udara di dalam ruangan
pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan
tidak teroksidasi.
Arang selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben.
Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi
lebih tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan aktifasi dengan aktif faktor bahan-
bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang
akan mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut
sebagai arang aktif.
Suatu penelitian dilakukan untuk melihat kemampuan arang (padat) mengadsorps asam
asetat (cair), dimana adsorpsi cair dalam padatan seringkali mengikuti isotherm
Freundlich. Data yang diperoleh dari proses adsorpsi asam asetat pada arang tersebut,
pada suhu 25oC adalah sbb:
[asam](M) 0,05 0,10 0,50 1,0 1,5
Wa (gr) 0,04 0,06 0,12 0,16 0,19
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Dengan Wa merupakan massa yang teradsorp per satuan massa arang
a. Ujilah berlakunya isotherm Freundlich pada proses absorpsi di atas, dan carilah nilai
parameter-parameter pada persamaan isotherm tersebut.
b. Uji pula apakah absorpsi asam asetat pada arang ini, akan direpresentasikan lebih baik
oleh isotherm lainnya.
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Jawaban
1. Dari data dapat dibuat grafik kesetimbangan MgO-NiO sbb:
a. Titik leleh campuran jika x = 0.3
Untuk mengetahui suhu campuran mulai meleleh dari grafik kesetimbangan saat x =
0,3 (titik A) ditarik garis lurus keatas hingga menyentuh kurva padatan (titik B), dari
titik B ditarik garis ke kiri untuk mengetahui suhu. Dan didapat titik leleh sekitar
2150oC
b. Fraksi dan komposisi jika padatan pada (a) dipanaskan hingga 2200oC
Untuk mengetahui komposisi dari grafik kesetimbangan saat x = 0,3 (titik A) ditarik
garis lurus ke atas hingga menyentuh garis suhu 2200oC (titik C). Dari titik C ditarik
garis ke kanan dank e kiri sampai menyentuh kurva padatan (titik E) dan cairan (titik
D). Dari titik D ditarik garis lurus ke bawah untuk mendapatkan komposisi cairan,
dan didapat komposisi cairannya adalah 18%MgO – 82%NiO. Dari titik E ditarik
garis lurus ke bawah untuk mendapatkan komposisi padatannya, dan didapatkan
komposisi padatannya adalah 35%MgO – 65%NiO.
c. Suhu saat cairan mulai memadat jika y = 0,7
Dari daerah fasa cair, ditarik garis lurus ke bawah dengan y = 0,7, saat menyentuh
kurva cairan (titik F) tarik garis ke kiri untuk mendapatkan data suhu, dan didapat
suhu cairan mulai memadat sekitar 2650oC.
2. Penyelesaian:
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
a. Untuk menguji isotherm Freundlich, perlu dibuat grafik antara log C vs log y, jika
grafik yang dihasilkan linear maka memenuhi isotherm Freundlich.
Persamaan isotherm Freundlich:
y = kc1/n
log y = 1/n log C + log k
p = ax + b
y (gr)C
(M)p=log y (sb-y) log C (sb-x)
0.04 0.05 -1.397940009 -1.301029996
0.06 0.1 -1.22184875 -1
0.12 0.5 -0.920818754 0.301029996
0.16 1 -0.795880017 0
0.19 1.5 -0.721246399 0.176091259
Dengan least square didapat:
1/n = slope
n = 1/slope = 1/0.45 = 2.22
log k = b
k = 10b = 10-0.7931 = 0.161
maka didapat parameter pada pers. Freundlich yaitu n = 2.22 dan k = 0.161
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
a. Untuk menguji apakah Pers. Langmuir merepresentasikan soal ini dengan lebih baik,
maka perlu dibbuat grafik C vs C/n, dan dilihat apakah grafiknya linear, jika
grafiknya linear maka dilihat dari nilai R2 dari grafik Freundlich dan Langmuir. Nilai
R2 yang lebih besar lebih bagus.
Pers. Langmuir:
Cn
= 1nm
C+nm
k
y=ax+b
C (sb-x) Massa Mol C/n (sb-y)
0.05 0.04 0.00066
7
75
0.1 0.06 0.001 100
0.5 0.12 0.002 250
1 0.16 0.00266
7
375
1.5 0.19 0.00316
7
473.6842
Dengan least square didapat:
Dari grafik terlihat bahwa nilai R2 yang dihasilkan oleh isotherm Freundlich lebih
besar dibandingkan dengan Langmuir. Maka isotherm Freundlich merepresentasikan
soal ini dengan lebih baik. Pers BET tidak diuji cobakan karena BET digunakan untuk
soal dengan variasi tekanan.
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Note: Jangan sepenuhnya percaya dengan jawaban ini ya
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Ujian Akhir KIMIA FISIKA 2 Semester Ganjil 2008/2009
1. Berikut adalah data adsorpsi gas A dalam larutan B pada suhu 18,6oC, yaitu:
p (kPa) 5.3 8.4 14.4 29.
2
62.1 74.0 80.1 102.0
V (cm3) 9.2 9.8 10.3 11.
3
12.9 13.1 13.4 14.1
Ujilah, apakah data yang diberikan mengikuti persamaan Langmuir ataukah BET. Dan
tentukan variabel/konstanta dari persamaan yang sesuai dengan fenomena adsorpsi gas
tersebut dalam larutan. Diketahui p* = 819.7 kPa
2. Data berikut adalah data adsorpsi H2 pada permukaan 1,00 g Cu pada suhu 0oC (kondisi
STP), yaitu
p (atm) 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250
V (cm3) 23.8 13.3 8.70 6.80 5.71
Tentukan volum untuk membentuk lapisan monolayer dan tentukan luas permukaan Cu.
Diketahui densitas dari hidrogen cair adalah 0.708 g cm-3.
3. Figure 1 and 2 show the experimentally determined phase diagrams for nearly ideal
solution of hexane and heptane. (a) Label the regions of the diagrams to which phases are
present. (b) For a solution containing 1 mol each of hexane and heptane, estimate the
vapour pressure at 70oC when vaporization on reduction of the external pressure just
begins. (c) What is the vapour pressure of the solution at 70oC when just one drop of
liquid remains. (d) Estimate from the figures the mole fraction of hexane in the liquid and
vapour phases for the condition of part (b). (e) What are the mole fractions for the
condition of part (c)? (f) At 85oC and 760 torr, what are the amounts substance in the
liquid and vapour phases when zheptane = 0.40?
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Jawaban
1a. Persamaan Langmuir
PV
=1a+ b
aP
y=b+a x
Dengan metode least square didapat:
y = 0.0696x + 0.3697; R2 = 0.9967
b/a 1/a
1/a = 0.3697; a = 2.7049 b/a = 0.0696; b = 0.1883
1b. Persamaan BET
P* = Po = 819.7 kPa
P
V ( Po−P )=
1V m C
+(C−1V mC ) P
Po
y=b+a x
Dengan metode least square didapat:
y = 0.0795x + 0.0003; R2 = 0.9994
a=C−1V m C
=0.0795
b= 1V mC
=0.0003
C=ab+1=0.0795
0.0003+1=266
0 20 40 60 80 100 120012345678
f(x) = 0.0695926899505124 x + 0.369720841228586R² = 0.996655855523633
Grafik Langmuir
P
P/V
P V P/V
5.3 9.2 0.576087
8.4 9.8 0.857143
14.4 10.3 1.398058
29.2 11.3 2.584071
62.1 12.9 4.813953
74 13.1 5.648855
80.1 13.4 5.977612
102 14.1 7.234043
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
V m= 1bc
= 1266 .0.0003
=12.53
Dipilih BET, karena memiliki nilai R2 yang lebih mendekati 1.
2. Dibuat grafik BET, dengan rumus:
P
V ( Po−P )=
1V m C
+(C−1V mC ) P
Po
y=b+a x
P V P/V P/P0 (P0-P) P/(V*(P0-P)
0.05 23.8 0.00210084 0.05 0.95 0.00221141
0.1 13.3
0.00751879
7 0.1 0.9 0.00835422
0.15 8.7
0.01724137
9 0.15 0.85 0.02028398
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.30
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
f(x) = 0.281483795164915 x − 0.0170242837801933R² = 0.956512273322446
Grafik BET
P/P0
P/(V
*(P0
-P)
P V P/V P/P0 (P0-P) P/(V*(P0-P)
5.3 9.2 0.576087 0.006466 814.4 0.00070738
8.4 9.8 0.857143 0.010248 811.3 0.00105651
14.
410.3 1.398058 0.017567 805.3 0.00173607
29.
211.3 2.584071 0.035623 790.5 0.00326891
62.
112.9 4.813953 0.075759 757.6 0.00635422
74 13.1 5.648855 0.090277 745.7 0.00757524
80.
113.4 5.977612 0.097719 739.6 0.00808222
102 14.1 7.234043 0.124436 717.7 0.01007948
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
0.2 6.8
0.02941176
5 0.2 0.8 0.03676471
0.25 5.71
0.04378283
7 0.25 0.75 0.05837712
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.30
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
f(x) = 0.281483795164915 x − 0.0170242837801933R² = 0.956512273322446
Grafik BET
Series2Linear (Series2)
P/P0
P/(V
*(P0
-P)
Didapatkan persamaan y = 0.2815x - 0.017
Dimana Po = 1 atm
a=C−1V m C
=0.2815 b= 1V mC
=−0.017
C=ab+1= 0.2815
−0.017+1=−15.56
V m= 1bc
= 1−15.56 .−0.017
=3.781
S=( Mrρ . N
)23=( 63.55 g /mol
0.708 g/cm3 .6.02 . 1023 molekul /mol )23
S=1.49x 10−22 cm2/molekul
Σ=(PoV m
R .T o )N . S
=(1 atm . 3.781 cm3
82.05 cm3 atm K-1 mol -1 . 273.2 K )6.02 . 1023molekul / mol x 1.49 x 10-22cm2/molekul
¿0.015 cm2→ luas permukaan Cu
Dimana:
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Σ = Luas permukaan padatan per m
adsorben
Po = 1 atm
To = 273.2 K
N = bilangan Avogadro
S = luas permukaan 1 molekul
adsorbat
R = konstanta gas
Vm = vol yang dibutuhkan untuk
membentuk lapisan monolayer
(a) (bisa dilihat pada gambar di atas; dimana v=vapour, l=liquid)
(b) zC6 = 0.5 ; zC7 = 0.5, tekanan saat penguapan baru dimulai = 620 torr
(c) P saat titik terakhir liquid tersisa = 500 torr
(d) Untuk kondisi B, zC7 = 0.09, zC6 = 1-0.09 = 0.91
(e) Untuk kondisi C, zC7 = 0.27, zC6 = 1-0.27 = 0.73
(f) Semua vapour
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Ujian Akhir Semester Kimia Organik 2 (2004)
1. Tulislah suatu persamaan untuk menyatakan reaksi asam-basa, jika ada dari masing-
masing senyawa di bawah ini dengan Natrium Metoksida
a. CH3CH2CHO
b. (CH3)3CCO2CH2CH3
c. (CH3)2CHCO2CH2CH3
2. Suatu larutan NaOH berair ditambahkan ke dalam campuran aseton dan formaldehida
a. Bagaimana struktur anion organik yang terbentuk
b. Reaksi mana yang lebih cepat, antara anion dan aseton ataukah antara anion
dengan formaldehida
c. Tunjukkan tiap tahap dalam mekanisme untuk kondensasi aldol yang akan
terjadi dengan lebih melimpah
3. Tunjukkan bagaimana senyawa (CH 3CH 2 )2 CHCOC2 H 5 dapat dibuat dari dietil
malonat CH 2 (CO2C2 H 5 )
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Jawaban
1. a.
b.
c.
2. a. Struktur anion organik yang terbentuk:
Antara NaOH dan aseton
Antara NaOH dan formaldehida
b. Reaksi lebih cepat adalah antara anion dengan formaldehida
c. Tahapan kondensasi aldol:
Antara NaOH dengan formaldehida (terbentuk lebih melimpah)
Pembentukan ion enolat
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Adisi pada karbon karbonil
Untuk kondensasi aldol dengan aseton mirip dengan kondensasi aldol pada aldehida.
Note: keton menjalani kondensasi aldol juga, tetapi kesetimbangan tidak membantu
terbentuknya produk kondensasi keton.
3. Pembuatan senyawa (CH 3CH 2 )2 CHCOC2 H 5 dari dietil malonat CH 2 (CO2C2 H 5 ):
Untuk membentuk (CH 3CH 2 )2 CHCOC2 H 5 tidak dapat dibuat dari dietil menolat
CH 2 (CO2C2 H 5 ) atau ester menolat. Tapi dari ester asetonasetat.
(Perhatian: soal ini memang rancu, tanya lagi sama Pak Kirno!!)
Note: untuk memahaminya baca hal 167-174 Fessenden & Fessenden di KimOr 2
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Ujian Akhir Semester Ganjil Kimia Organik 2 (2006/2007)
1. Tuliskan rumus struktur masing-masing senyawa berikut ini (perhatikan
stereokimianya):
a. Dihidroksipropanal
b. Klorobenzaldehida
c. Metilsikloheksanon
d. Benzokuinon
e. Nitrobenzoat
f. Isobutilbenzoat
2. Kayu manis atau cinnamon burmanni ternyata menyimpan khasiat yang luar biasa.
Kayu manis dapat digunakan untuk mencegah kanker dan aterosklerosis. Selama ini
kayu manis hanya dimanfaatkan ibu-ibu rumah tangga sebagai bumbu dapur dan
bahan pembuat jamu.
Kayu berkulit kasar itu ternyata tersusun dari senyawa sinamaldehid. Sinamaldehid
merupakan turunan dari senyawa fenol. Senyawa ini dapat disintesis dari benzaldehid
yang direaksikan dengan asetaldehid, reaksi yang terjadi adalah:
Tuliskan tahap-tahap reaksi yang tejadi untuk persamaan reaksi tersebut.
3. Minyak kelapa, seperti yang sudah diketahui, 50%-nya mengandung asam laurat,
sementara sisanya adalah asam miristat, palmitat, dll. Jika seandainya trigliserida
yang terkandung dalam minyak kelapa pada sn-1 dan sn-3 mengikat senyawa laurat,
sementara pada sn-2 nya adalah pamitat, tuliskanlah tahap-tahap reaksi yang terjadi
jika ingin mendapatkan produk etil laurat.
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Ujian Akhir Semester Ganjil 2009/2010
Kimia Organik 2
1. Tuliskan rumus struktur masing-masing senyawa berikut ini (perhatikan stereokimia-
nya)
a. 2,3-difenilbutanal
b. Metil isopropil keton
c. Asam (E)-2-metil-3-fenil-2-propena karboksilat
d. 4-metil benzoat
e. Sikloheksil benzoat
2. Tuliskan nama senyawa di bawah ini
a. P h−CH=CHCHO
b. OCHCH 2CH 2CH 2CHO
c. (CH 3 )2CHCH 2 COOH
d. CH 3O−¿ −COOH
e.
f.
g.
h.
i.
j.
3. Tuliskan tahap-tahap reaksi aldol dari senyawa butanal.
4. Rancanglah mekanisme reaksi untuk persamaan berikut ini.
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Ujian Akhir Semester Kimia Analisis, Semester Gasal 2005
Senin, 28 Desember 2005, Waktu (90 menit), Sifat Ujian : Buku terbuka
Soal No. 1(nilai 40)
Anda adalah senior engineer di refinery plant. Fraksi tertentu dari hasil kilang minyak
bumi ini dapat digunakan sebagai bahan baku untuk suatu produk kimia atau digunakan
sebagai pelarut, media, pembawa/ carrier bahan lain dalam suatu proses industri. Anda
diminta menjelaskan suatu fraksi tertentu dan mengidentifikasi struktur senyawa tersebut.
Setelah struktur senyawa itu teridentifikasi dan aplikasinya diketahui, anda diminta
mencampurnya dengan suatu aditif sehingga senyawa tersebut memiliki aplikasi khusus dan
nilainya bertambah. Senyawa yang anda pisahkan tersebut ternyata memiliki daya melarutkan
senyawa organik yang tinggi tapi dengan nilai konstanta dielektrik yang rendah, sehingga
tergolong senyawa tidak polar. Di laboratorium anda mengidentifikasi senyawa tersebut
menggunakan Mass Spectrometer, IR Spectrometer dan NMR Spectrometer. Hasil
pengamatan sampel sbb:
Spektroskopi Massa : diperoleh informasi bahwa senyawa ini memiliki m/e sebesar
120, dan analisis komponen sebagai berikut : 90.01% C, dan 9.99% H
Spektroskopi IR dan NMR: terlihat pada spektra terlampir.
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Tugas :
a. Jelaskan tentang rumus molekul senyawa tersebut yang diperoleh dari spektroskopi massa.
Apakah anda dapat menentukan jumlah ketidakjenuhannya dan memperkirakan golongan
senyawa ini?
b. Informasi apa saja yang diperoleh dari spektra Spektroskopi Inframerah untuk puncak
absorpsi A,B,C,D, dan E?
c. Jelaskan berdasarkan spektroskopi NMR untuk hal berikut :
1. Mengapa terjadi pergeseran kimia (chemical shift) pada inti (proton) suatu gugus
molekul dan faktor apa saja yang mempengaruhi besarnya pergeseran kimia tersebut.
2. Informasi apa yang diperoleh dari posisi pergeseran kimia (chemical shift) serta
adanya split pada puncak spektra NMR?
d. Gunakan informasi semua data spektroskopi yang dipakai untuk menentukan struktur
senyawa.
Berikan argumentasi dalam menentukan struktur yang tepat.
Soal no. 2(nilai 40)
Salah satu hasil suatu pabrik kimia adalah senyawa ester. Penelitian mengenai produknya
menunjukkan terdapat tiga jenis ester yang terbentuk, yaitu metil asetat, metil propionat, dan
metil butirat.
Dari hasil analisa GC terhadap sampel yang dianalisa pada suhu 350oC, menunjukkan hal
berikut :
Area (unit
luas)(RT), menit Respon faktor, area/mol
Metil asetat 20517 0,96 5433,11
Metil propionat 54853,5 1,38 18166,67
Metil butirat 29340,5 1,62 8359,94
Diketahui jenis kolom yang digunakan adalah kolom gas kuropack dengan diameter kolom
sebesar 5 mm dan panjang kolom sebesar 2 m. Dalam kalibrasi dengan menggunakan larutan
standar masing-masing diperoleh Respon faktor seperti tertulis pada tabel.
Tugas :
a. Bagaimana anda dapat menentukan jumlah mol masing-masing ester tersebut.
b. Bagaimana anda menetapkan faktor selektivitas kolom terhadap pemisahan metil propionat
dan metil butirat? Diketahui puncak fasa gerak muncul pada 0.45 menit.
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
c. Bagaimana anda menentukan nilai resolusi kolom untuk pemisahan metil propionat dan
metil butirat jika diketahui lebar dasar puncak masing-masing adalah 0.21 menit dan 0.31
menit?
d. Apakah resolusi kolom tersebut sudah optimum? Jelaskan.
e. Tentukanlah waktu elusi agar pemisahan metil butirat optimum?
Soal no. 3 (nilai 20)
Anda sedang melakukan penelitian tentang kandungan logam arsen dalam sungai ciliwung.
Spektroskopi serapan atom dapat digunakan untuk mengamati kandungan arsen tsb.
Penelitian di laboratorium yang anda lakukan adalah sebagai berikut :
Anda memasukkan masing-masing 500 mL cuplikan air sungai ke dalam lima buah labu ukur
1000 mL. Larutan standar arsen dengan konsentrai 25 ppb ditambahkan ke dalam labu
tersebut dengan berbagai variasi volume dari 0-200 mL kemudian diencerkan. 5 mL larutan
diambil dari setiap labu ukur untuk dianalisis dengan AAS. Diketahui Vs, Vx dan Vt adalah
berturut-turut volume larutan standar arsen, volume cuplikan air sungai dan volume total
larutan dalam labu ukur. Sedangkan Cx dan Cs adalah konsentrasi arsen dalam larutan
cuplikan dan dalam larutan standar. Dengan membuat plot antara absorbansi (A) dan volum
larutan standar arsen diperoleh suatu garis linier dengan persamaan Y=a+bX, di mana a
sebagai intersep dan b adalah kemiringan garis linier.
Tugas :
a. Bagaimana memperoleh persamaan garis linier yang mengkaitkan absorbansi dengan
volume larutan standar, larutan cuplikan, dan volum total serta konsentrasi larutan
standar maupun cuplikan.
b. Bila kemiringan garis/ intersep menghasilkan nilai sebesar 300 satuan volum (mL)
bagaimana anda menentukan konsentrasi arsen dalam air sungai (satuan ppb)
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Jawaban
Soal no. 1
a. Dari MS diketahui BM sample adalah 120 dengan 90.01%C; 9.99%H; maka
C : H
90.0112
C :9.99
1H
9 :12
Maka rumus molekul dari senyawa tersebut adalah C9H12
Jumlah ketidakjenuhan dari senyawa tersebut adalah
Jumlah ketidakjenuhan =
Jumlah ketidakjenuhan=∑
all atoms
[ (valence−2 ) ]+2
2
Jumlahketidakjenuhan=[9 (4−2 )+10 (1−2 ) ]+2
2=4
Ketidakjenuhan senyawa ini adalah 4. Dilihat dari rumus molekul dan jumlah
ketidakjenuhan dari senyawa ini, dapat diperkirakan bahwa senyawa ini termasuk ke
dalam golongan senyawa aromatik.
b. Dari spektroskopi IR diperoleh
Puncak Ikatan Gugus fungsi
A C-H Alkena/aromatik
B C-H Alkana
C C=C Aromatik
D C-C Alkana
E -(CH2)n Alkana
c. Spektroskopi NMR
1. Pergerseran kimia : posisi frekuensi resonansi sebuah proton tertentu dalam
pengaruh medan magnet luar berkekuatan tertentu. Timbul akibat sirkulasi
elektron mengelilingi inti di bawah pengaruh medan magnet. Perbedaan frekuensi
absorbsi proton akibat perbedaan lokasi letak atom H terikat menimbulkan efek
pergeseran kimia ini. Faktor yang mempengaruhi : faktor induksi, aniosotropi
ikatan kimia, tidak terlindungi van der walls. (baca aja di underwood atau skoog)
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
2. Dari posisi pergeseran kimia dari spectrum NMR dapat dilihat bahwa terdapat 5
lingkungan atau lokasi letak atom H terikat yang berbeda dengan perbandingan
5:2:2:3 perbandingan ini adalah perbandingan real dari atom H.
5: singlet : atom tersebut tidak memiliki proton tetangga yang memiliki
lingkungan yang berbeda.
2:triplet : atom ini memiliki 2 proton tetangga dengan lingkungan berbeda.
2: sekstet : memiliki 5 proton tetangga dengan lingkungan berbeda
3: triplet : memiliki 2 proton tetangga dengan lingkungan berbeda
d. Struktur senyawa sampel dengan rumus molekul C9H12.
Dari spektrum IR diketahui bahwa senyawa ini memiliki gugus aromatik dan alkana.
Pemilihan aromatik dikarenakan cincin benzena memiliki ketidakjenuhan sama
dengan senyawa ini yaitu 4 dan juga rumus molekul senyawa yang perbandingan C :
H nya kecil
a : 3 triplet : memiliki proton tetangga b yang berjumlah 2
b : 2 sekstet : memiliki 5 proton tetangga dengan lingkungan yang berbeda. 3 dari
proton a dan 2 dari proton c
c : 2 triplet : memiliki 2 proton tetangga dari lingkungan b
d : 5 singlot : tidak dipengaruhi oleh proton tetangga manapun karena tidak ada
yang berdekatan.
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Soal no. 2
a. Jumlah mol masing-masing ester
Area RT Respon faktor Faktor kalibrasi (F) Jumlah mol
(F x Area)
Metil asetat 20517 0.9
6
5433.11 0.00018 3.78
Metil
propionate
54853.5 1.3
8
18166.67 0.000055 3.02
Metil butirat 29340.5 1.6
2
8359.94 0.00012 3.51
b. (tR)metil propionat = 1.38 menit
(tR)metil butirat = 1.62 menit
Tm = 0.45 menit
faktor selektivitas (α )=(t R )metil butirat−T m
(tR )metil propionat−T m
=1.62−0.451.38−0.45
=1.258
c. Wmetil propionat = 0.21 menit
Wmetil butirat = 0.31 menit
resolusi kolom (Rs )=2 {(t ¿¿ R)metilbutirat−(tR )metil propionat }
W met il butirat❑−W metil propionat
=2 (1.62−1.38)
0.21+0.31=0.92¿
d. Bisa diliat dari properties kolomnya. Trus diitung oleh resolusi kolom idealnya n
dibandingin ama resolusi kolom hasil perhitungan sebelumnya, udah optimum atau
belum ... (baca ada di buku analytical chemistry, skoog).
e. e) idem... kalo udah dapet Rs yang optimum tinggal diitung tRnya, rumusnya juga ada
disitu koq....
Soal no. 3
a. Persamaan garis linier
Ar=k (V x cx+V scs )
V r
Ar . V r=k V x cx+k V sc sY=a+bX
Dari data yang ada diketahui volume dan konsentrasi larutan standar, volume dan
absorbansi total. Dengan persamaan di atas diplot AT.VT sebagai sumbu x dan Vscs
sebagai sumbu y. Sehingga diperoleh suatu kurva kalibrasi dengan persamaan garis
linier Y=A+bX.
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
b. Intersep merupakan titik potong garis linier terhadap sumbu y atau saat x=0 dari titik
pada kurva kalibrasi yang telah dibuat dengan persamaan di atas kita dapat mencari
nilai dari k. Sehingga saat intersep menghasilkan nilai sebesar 300 satuan volum (ml)
dan volume sampel diketahui saat pembuatan larutan analit maka dapat diperoleh nilai
konsentrasi sampel dalam air sungai (satuan ppb) dengan memasukkan nilai-nilai
tersebut ke dalam persamaan garis linier kurva kalibrasi.
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
UJIAN AKHIR SEMESTER – KIMIA ANALITIK 2010/2011
HARI: KAMIS, 30 DESEMBER 2010; JAM: 13.00-14.30 (90 MENIT)
Pengajar: Ir. Dianursanti, MT
1. Bila dalam suatu percobaan anda menggunakan gas chromatograph. Sampel standar anda
terdiri dari campuran hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene sebagai standar dalam.
Sampel setelah diinjeksikan pada gas chromatograph (GC) yang dilengkapi dengan
electron capture detector (EC). Tinggi puncak akan digunakan sebagai kuantitas senyawa
yang terdeteksi, yang juga terdapat dalam sampel. Hasil yang diperoleh:
Dari 5 µL larutan standar hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene masing-masing
menunjukkan puncak pada 2.7 dan 8.2 menit.
Sebanyak 5 µL dari campuran sampel standar menghasilkan data sbb:
#Hexachlorobenze
ne (mL)
Pentachlorobenze
ne (mL)
Tinggi puncak
hexachloroben
zene (mm)
Konsentrasi (ml/ml)
hexachlorobenzene
dalam sampel standar
1 0.1 1.9 3.75 5 %
2 0.2 1.8 7.50 10 %
3 0.3 1.7 11.25 15 %
4 0.4 1.6 15 20 %
5 0.5 1.5 18.75 25 %
Dengan cara yang sama seperti sampel standar, dari hasil injeksi 5 µL sample air
minum diperoleh punak pada 2.7 menit dengan tinggi senilai 9.25 mm
Pada salah satu campuran standar hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene yang
digunakan menunjukkan data sbb: lebar dasar puncak pada hexachlorobenzene dan
pentachlorobenzene berturut-turut adalah 1.56 menit dan 2.85 menit.
Pertanyaan:
a. Bagaimana anda menentukan kandungan hexachlorobenzene dalam sampel air minum
tersebut?
b. Jika diketahui panjang kolom yang digunakan adalah 30,0 cm, menurut anda apakah
panjang kolom tersebut sudah menghasilkan resolusi terbaik?
c. Jika menurut anda panjang kolom di atas belum optimum, berapa panjang kolom yang
seharusnya diperlukan?
d. Bagaimana anda menjelaskan prinsip dasar pemisahan dalam kromatografi secara
umum?
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
2. Suatu larutan yang mengandung Cr akan ditentukan konsentrasinya dengan memipet 10
ml masing-masing ke dalam 2 labu yang berukuran 50 ml. Larutan standar yang
mengandung 15.5 ppm Cr ditambahkan ke dalam labu dan kemudian larutan diencerkan
sesuai dengan volume labu ukur. Larutan tersebut dianalisis menggunakan AAS sehingga
diketahui kandungan Crnya. Dari data absorbansi semua sampel, Anda membuat plot
antara absorbansi (A) dengan volume standar (Vs) sehingga diperoleh persamaan
A=a+bVs dengan a adalah intersep dan b adalah kemiringan kurva linier. Diketahui nilai
a/b=15 unit. Dan volume sampel=Vx, konsentrasi analit dalam sampel=Cx, serta
konsentrasi Cr dalam larutan standar= Cs.
a. Bagaimana anda menentukan konsentrasi Cr dalam sampel?
b. Apakah perbedaan spektroskopi emisi nyala dan spektroskopi atom?
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Jawaban
1a. plot konsentrasi hexaclorobenzene (ml/ml) versus tinggi puncak
3.75 7.5 11.25 15 18.750%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
Dari grafik di atas, dapat disimpulkan bahwa hubungan dari konsentrasi dengan tinggi
puncak adalah sbb:
konsentrasi(mlml )= tinggi puncak
75
konsentrasi(mlml )=9.25
75
konsentrasi(mlml )=0.13=13 %
Karena volume sampel adalah 5 µL, maka
kandunganhexachlorobenzene=5 μL× 13 %
kandunganhexachlorobenzene=0.65 μL
b. R s=2(tR2−tR1)
w 1+w 2
R s=2 (8.2−2.7 )1.56+2.85
=2.49
Panjang kolom tersebut belum menghasilkan resolusi kolom terbaik. Sebab, resolusi kolom
yang dihasilkan bernilai lebih dari 1.5. Hal itu menyebabkan kedua campuran dapat terpisah
dengan baik, namun proses berlangsung terlalu lama sehingga biaya yang digunakan dalam
pemisahan menjadi mahal.
N1=16 ( t r 1
w1)
2
=16 ( 2.71.56 )
2
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
N1=47.9
N2=16 ( t r 2
w2)
2
=16( 8.22.85 )
2
N2=132.4
N rata−rata=47.9+132.42
=90.15
t r ≈√N
tr 1
tr 2
=√ N1
√ N2
2.491.5
=√90.15
√N 2
√ N2=5.72
N2=32.72
L ≈ N
L1
L2
=N1
N2
30 cmL2
=90.1535.72
L2=11.89 cm
d. Kromatografi adalah metode pemisahan campuran menjadi komponen-komponennya
berdasarkan perbedaan sifat fisiknya. Senyawa yang terlibat dalam pemisahan secara
kromatografi antara lain adalah gas pembawa(fasa stasioner) dan fasa diam. Fasa stasioner
bertugas membawa sampel melalui kolom. Waktu yang diperlukan komponen untuk melalui
kolom (waktu retensi) dipengaruhi oleh kelarutan komponen dalam fasa stasioner. Fasa diam
bertugas sebagai penahan laju komponen di dalam kolom. Pemisahan tercapai karena adanya
interaksi komponen-komponen dalam campuran dengan fasa stasioner dan fasa diam.
Interaksi tersebut menyebabkan waktu retensi dari tiap-tiap komponen dalam campuran
berbeda sehingga dapat dipisahkan.
2 a. A=( ε bC x V x
V T)+( εb C s
V T)(V ¿¿ s)¿
A=a+b xa=εb C x V x
V T
, b=εbC s
V T
ab=
εb C x V x
V T
εbC s
V T
ab=
C x V x
C s
C x=(C s
V x)( a
b )=( 15.5 ppm10 )15=23.25 ppm
2 b. Spektroskopi emisi nyala merupakan metode analisis untuk penentuan unsur-unsur yang
berada pada jumlah kecil dengan berdasarkan emisi spontan dari atom bebas atau ion ketika
terjadi eksitasi akibat energy panas atau listrik. Sedangkan AAS adalah metode analisis untuk
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
penentuan unsur-unsur yang berada dalam jumlah kecil, berdasarkan pada absorbs atau
penyerapan radiasi oleh atom bebas.
Metode AES dapat mendeteksi berbagai unsur pada saat yang bersamaan sementara AAs
cenderung hanya satu unsur.
AES menggunakan polikromator untuk memisahkan spectral pada garis emisi atom
sedangkan AAS menggunakan monokromator.
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
UJIAN AKHIR SEMESTER 2006-2007
METODE NUMRIK
Tanggal 24 MEI 2006
Waktu 75 menit
Sifat buku terbuka
1. Cari akar persamaan f(x) = x3 – x – 1 dengan menggunakan
a. Metode biseksi dengan taksiran awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001;
b. Metode regula falsi dengan taksiran awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001;
c. Metode Newton-Raphson dengan taksiran awal 1,0 dan epsilon 0,001;
d. Metode secant dengan taksiran awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001;
2. Dengan menggunakan metode Eliminasi Gauss, cari solusi sistem persamaan aljabar
linear berikut:
8a + 2b + 3c + 12d = 25
2a + 4b + 7c + 0,25d = 13,25
3a + 7b + 3c + 5d = 18
12a + 0,25b + 5c + 2d = 19,25
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Jawaban
1. SPANL:
f(x) = x3 – x – 1
Dicari akar persamaannya dengan menggunakan:
a. Metode Biseksi dengan harga awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001
Dengan xn=(a+b )
2dan jika
f (a ) . f ( xn ) ≤0 → b=xn
f ( a ) . f ( xn)>0 → a=xn
serta syaratBerhenti iterasi:
|b−a|≤ϵ
n a b xn F(a) F(b) F(xn)
0 1.0 1.5 1.25 -1 0.875 -0.297
1 1.25 1.5 1.375 -0.297 0.875 0.225
2 1.25 1.375 1.313 -0.297 0.225 -0.052
3 1.313 1.375 1.344 -0.052 0.225 0.083
4 1.313 1.344 1.328 -0.052 0.083 0.015
5 1.313 1.328 1.320 -0.052 0.015 -0.019
6 1.320 1.328 1.324 -0.019 0.015 -0.002
7 1.324 2.328 1.326 -0.002 0.015 0.006
8 1.324 1.326 1.325 -0.002 0.006 0.002
9 1.324 1.325 1.325 -0.002 0.002 0.000
Jadi akar persamaan SPANL di atas adalah 1.325
b. Metode Regulasi dengan harga awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001
Dengan xn=af (b )−bf (a )
f (b )−f (a )dan jika
f (a ) . f ( xn ) ≤ 0 →b=xn
f (a ) . f ( xn )>0 → a=xn
serta syarat iterasi: |b−a|≤ϵ
n a b xn F(a) F(b) F(xn)
0 1 1.5 1.267 -1 0.875 -0.234
1 1.267 1.5 1.316 -0.234 0.875 -0.037
2 1.316 1.5 1.323 -0.037 0.875 -0.005
3 1.323 1.5 1.325 -0.005 0.875 -0.001
4 1.325 1.5 1.325 -0.001 0.875 0.000
5 1.325 1.325 1.325 - - -
Jadi akar persamaan SPANL di atas adalah 1.325
c. Metode Newton Rhapson dengan harga awal 1,0 dan epsilon 0,001
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Dimana xn+1=xn−f ( xn )f ' ( xn )
dan syarat ber henti iterasi :|xn+1−xn|≤ ϵ
n xn F(xn) f’(xn)
0 1 -1 2
1 1.5 0.875 5.75
2 1.348 -0.234 4.450
3 1.325 -0.037 4.268
4 1.325 - -
Jadi akar persamaan SPANL di atas adalah 1.325
d. Metode Secant dengan harga awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001
Dimana xn+1=xn−f (xn)[ xn−xn−1
f ( xn )−f (xn−1) ]dan syarat ber h enti iterasi :|xn+1−xn|≤ ϵ
n xn-1 xn F(xn) f’(xn)
0 1 1.5 -1 0.875
1 1.5 1.267 0.875 -0.234
2 1.267 1.316 -0.234 -0.037
3 1.316 1.325 -0.037 0.002
4 1.325 1.325 - -
Jadi akar persamaan SPANL di atas adalah 1.325
2. SPAL:
[ 8 2 3 122 4 7 0,253
127
0,2535
52
] .[abcd]=[ 25
13,2518
19,25]
metode eliminasi Gauss
[ 8 2 3 12 252 4 7 0,25 13,253
127
0,2535
52
1819,25
] b 1−4b 2b 3−b 2
b 4−6b 2
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
→[0 −14 −25 11 −282 4 7 0,25 13,2510
3−23,75
−4−37
4,750,5
4,75−60,25
] dst...
Cara yang digunakan sama seperti yang diajarkan dalam aljabar linear, hingga diperoleh
matriks segitiga atas. Dan diperoleh
→[1 3 −4 4,75 4,750 1 −7,5 4,625 −1,87500
00
10
−0,5821
0,4171
]→¿
Substitusi Balik :
d = 1
c - 0,582d = 0,417
c = 0,999 ≈ c = 1
b – 7,5c + 4,625d = -1,875
b = 1
a + 3b -4c + 4,75d = 4,75
a = 1
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
UJIAN AKHIR SEMESTER GANJIL 2008/2009
PERISTIWA PERPINDAHAN
Waktu : 90 menit
Sifat Ujian : Open Book
1. Udara bertekanan atmosferik dengan suhu 950 C mengalir dengan kecepatan 20 m/s di
atas pelat datar terbuat dari naftalena dengan panjang 80 cm dan lebar 60 cm. Udara
mengalir searah dengan panjang pelat. Pengukuran eksperimen menunjukkan bahwa
konsentrasi molar naftalena di udara, CA, sebagai fungsi jarak x dari pelat adalah sebagai
berikut :
Hitung fluks molar naftalena dari permukaan pelat pada kondisi tunak!
Koefisien difusi naftalena (A) dalam udara (B) pada 950 C adalah
(ƊAB)368 = (ƊAB)300 (368300
)32 = (0.62 x 10-5) ( 368
300)
32 = 0.84 x 10-5 m2/s
Asumsikan bahwa konsentrasi molar total C sama dengan konstan dan pelat naftalena juga
berada pada temperature 950 C.
2. Perhatikan sebuah pelat berbentuk persegi panjang dengan tebal 2L terlihat pada gambar.
Mula-mula konsentrasi spesies A di dalam plat tersebut seragam, yaitu sebesar CA. pada t = 0
permukaan pada z = ± L dijaga konstan pada konsentrasi CA1. Untuk menghitung jumah spesi
A yang berpindah ke dalam plat, kita harus terlebih dahulu menghitung distribusi konsentrasi
spesi A di dalam pelat sebagai fungsi dari posisi dan waktu
X(cm)
CA
(mol /m3)0 0.11710 0.09320 0.07630 0.06340 0.05150 0.043
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
SOAL UJIAN AKHIR
Mata Kuliah : PERISTIWA PERPINDAHAN
Dosen : Dr.Ir. Slamet, MT dan Ir. Yuliusman, MEng
Hari/tgl : Kamis, 11 Desember 2008
Waktu : 120 Menit
Sifat Ujian : Open Book
1. Terkait dengan aliran fluida TURBULEN dalam pipa, jelaskan secara singkat hal-hal
berikut (20%) :
a. Jelaskan mekanisme perpindahan momentum, energi, dan massa pada aliran
turbulen. Bagaimana pengaruh bilangan-bilangan tak berdimensi Re, Pr, Sc
terhadap distribusi kecepatan, temperatur, dan konsentrasi pada aliran turbulen.
b. Apa yang dimaksud dengan radius hidrolik (Rh)? Bagaimana cara menentukan Rh
pada aliran fluida yang melalui ruang annulus kosong dan annulus yang berisi
tumpukan padatan?
2. Dalam suatu slurry TiO2 (campuran partikel padatan TiO2 dalam air) yang mempunyai
pH=3, akan dipisahkan partikel padatannya dengan cara pengendapan dalam sebuah
tangki yang tingginya 50 cm. partikel padatan TiO2 tersebut berbentuk bola dengan
densitas (ρs) = 3,9 gr/cm3 sedangkan air mempunyai densitas (ρ) dan viskositas (µ)
masing-masing 1 gr/cm3 dan 0,01 poise. Ukuran partikel TiO2 dalam slurry berubah-
ubah tergantung dari pH slurry tersebut (lihat gambar).
a. Hitunglah waktu yang diperlukan agar semua padatan TiO2 dalam slurry dapat
mengendap secara sempurna di dasar tangki.
b. Menurut analisis Anda bagaimana caranya mempersingkat waktu pengendapan
TiO2 dari slurry tersebut. Buatlah perhitungan secukupnya untuk mendukung
pendapat anda.
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Final Exam Transport Phenomena
Date : 14 December 2009
Lecturer : Dijan Supramono
1. Conduction. A steel pipe having inside diameter of 1.88 cm and wall thickness of 0.391
cm is subjected to inside and outside surface temperature of 367 K (Ti) and 344 K (To),
respectively. Thermal conductivity of steel 42.90 W/(m.0C).
a. Show the Fourier’s law for this conduction in cylindrical system.
b. Show a formula expressing heat flux as a function of (Ti-To)
c. Find the heat flow rate per m of pipe length (Watt/m)
2. Forced convection. Air entering a tube of diameter 5.08 cm is at 1 atm and 150 0 C. it is
heated as it moves through the pipe at velocity 8 m/s. assume that constant heat flux exists at
the wall an that the wall temperature is everywhere 200 C above the air temperature.
Air at 1500 C and 1 atm has the following properties :
Density = ρ =0.837 kg /m3
Viscosity = µ = 2.38 x 10-5 kg /ms
Thermal conductivity = 0.0352 W/(m.0C)
Specific heat = Cp =1017 J/(kg. 0C)
Prandtl number = Cp µk
= 0.688
Determine
a. Reynolds number of air in the pipe b. Nusselts number of air in the pipe
c. Heat flow per unit length of tube (Watt/m)
d. Mass flow rate of air (kg/sec)
e. Bulk temperature rise of air (ΔT) in 2 m length of pipe (oC)
3. Molecular diffusion. A solid sphere of naphthalene (A) with radius of 2.5 mm is
surrounded by still air (B) at 300 K and 1 atm (1 atm= 1.01325 x 105 N/m2). Take the surface
temperature of the naphthalene as 300 K and its vapor pressure at this temperature as 0.104
mmHg. The diffusivity of naphthalene in air at 318 K is 6.92 x 10-6 m2/sec. molecular
diffusion is through an air film of thickness 2.5 mm (=R2-R1). [DAB at T1 x (T2/T1)3/2 ; R = gas
constant= 8314 m3.Pa/(kg.mole.K) ; pA at R2 = 0; for low driving force, log mean of B can be
assumed to be arithmetic mean]
Determine
a. Partial pressure of A at its surface (R1), pA1 (N/m2)
b. Diffusivity of A in B at 300 K (m2/sec)
c. Arithmetic mean of pB (N/m2)
d. Mole flux of A (kg.mole/(m2.sec))
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
FINAL EXAM TRANSPORT PHENOMENA
CHEMICAL ENGINEERING DEPARTEMENT-FACULTY OF ENGINEERING
UNIVERSITY OF INDONESIA
DECEMBER 9TH ,2009
1. Engine oil flows through a 0.003 m diameter tube that is 30 m long. The oil enters at
600 C and the wall temperature is kept at 1000 C. find the oil outlet temperature and
the average heat transfer coefficient.
2. A 0.025-m-diameter cylinder whose temperature is 1500 C is placed in air stream (1
atm,380 C) whose velocity is 30 m/sec. what is the heat loss per meter of length for
the cylinder?
3. Oxygen diffuses through carbon monoxide (steady state). The carbon monoxide is
stagnant. Temperature and pressure are 00 C and 1 x 105 N/m2. Oxygen partial
pressure are 13000 and 6500 N/m2 at two planes 3 mm apart. Mixture diffusivity is
1.87 x 105 m2/sec. what is the oxygen rate of diffusion per plane square meter?
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
PERISTIWA PERPINDAHAN
Dosen : Dr.Ir. Slamet dan Ir.Yuliusman, MSc
Hari/tgl : Rabu, 16 Desember 2009
Waktu : 150 menit
1. Nanofluida adalah campuran antara suatu fluida cair dengan nanopartikel tertentu
(partikel padatan dengan ukuran < 100 nm). Hasil riset terkini di DTK menunjukkan
bahwa nanofluida yang disintesis dari air (ρ = 1000 kg/m3 dan µ = 10-3 kg.m-1.det-1) dan
partikel TiO2 (ρ = 3.8 g/cm3) akan mengendap dengan waktu pengendapan yang berbeda-
beda, tergantung merode sintesisnya. Jika nanofluida tersebut dibuat (dalam beaker glass
setinggi 10 cm) dengan metode pengadukan mekanik, baru sekitar 2 jam sudah terjadi
pengendapan partikel TiO2. Namun jika pengadukan dilakukan secara ultrasonik (yang
dapat memecah agregat partikel) partikel TiO2 tersebut dapat bertahan tanpa mengendap
sekitar 5 hari. Dengan didukung dengan perhitungan seperlunya, buatlah analisis terhadap
hasil riset tersebut.
2. Dalam keadaan darurat, kebutuhan air di Departemen Teknik Kimia harus dapat disuplai
sendiri. Untuk keperluan tersebut, Anda diminta untuk merancang sistem perpipaan yang
dapat mengalirkan air tanah (dengan kedalaman 25 m) ke dalam tangki air DTK yang
ketinggiannya 50 m. jarak antara sumber air tanah dengan tangki air DTK sekitar 50 m.
jika Anda diberi kebebasan untuk menentukan spesifikasi pompa, pipa, dan berbagai
aksesorisnya, buatlah rancangan sistem perpipaan tersebut (sketsa beserta
perhitungannya) yang dapat mengalirkan air dengan debit minimal 100 liter/ menit.
Tuliskan berbagai asumsi yang digunakan beserta alasannya.
3. Cerobong asap suatu industri kimia mengeluarkan gas buang yang terkontaminasi oleh
amoniak (NH3) dengan konsentrasi 2.5 % volum. Untuk memenuhi baku mutu emisi gas
buang industri, maka gas dari cerobong asap tersebut harus diolah hingga konsentrasi
maksimum NH3 sebesar 200 ppm. Air murni dengan debit 100 ft3/jam digunakan sebagai
pelarut untuk menyerap gas amoniak dalam sebuah kolom absorber. Bila campuran gas
buang amoniak tersebut masuk ke dalam kolom absorber dengan debit 1000 ft3/menit (T=
700 F dan P= 1,5 atm), tentukan kolom absorber yang harus dirancang (diameter D dan
tinggi L) jika rasio L/D =5. Diketahui keseimbangan fasa amoniak dalam fasa cair dan
gas mengikuti persamaan : yAo = (1.07).xAo dan koefisien transfer massa kxa dan kya
masing-masing 2.31 dan 4.63 lbmol/(jam.ft3)
P E
N
D
I D
I K
A
N
I M
T
K
2
0
1
1
D E
K
A
T
P
R
O
F
E
S
I O
N
A
L
D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1
Final Exams Transport Phenomena
Date : December 22th, 2010
Lecturer : Dijan Supramono
1. Steady state conduction. A steam pipe of 1.5 inch = 38.1 mm OD is to be covered with
two layers of insulation with each thickness is 1 inch = 25.4 mm. the thermal conductivity
of one insulation material is 5 times that of the other.
a. What is q1 (J/s) = function of (T1-T3) on left system?
b. What is q2 (J/s) = function of (T1-T3) on right system?
c. How much will the heat transfer be reduced (%) when the better insulating material is
next to the pipe than when it is the outer layer?
k2 = 5k1
r1 = 0.75 inch = 19.05 mm; r2 = 1.75 inch = 44.45 mm; r3 = 2.75 inch = 69.85 mm
T1 = outside surface temperature of the pipe
T2 = outside surface temperature of the insulation next to pipe
T3 = outside surface temperature of the outer insulation
L = length of pipe
2. Unsteady-state Conduction. The initial uniform temperature of a long aluminium rod,
0.203 m dia, is 380 C. the rod is suddenly immersed, at time=0, in a medium at
temperature 5380 C. the value of thermal diffusivity α of aluminium = k/ (ρ. Cp) = 0.196
m2/hr and m = k/ (h.rm) = 2.
a. Determine the value of abscissa of the graph after 10 minutes of its immersion.
b. Determine the temperature at the center line after 10 minutes of its immersion (0C).
c. Determine the temperature at surface after 10 minutes of its immersion (0C).
Top Related