Kamis, 17 Desember 2009

EVAPORASI

EVAPORASI


A. PENDAHULUAN

Penguapan dapat didefinisikan sebagai suatu operasi dimana suatu fluida berubah dari keadaan cairan menjadi keadaan uap. Penguapan dapat dipakai untuk tujuan pemisahan pelarut (solven) dari larutan yang lebih pekat. Selanjutnya larutan yang pekat ini biasanya dikerjakan untuk kristalisasi. Contoh dari proses penguapan adalah pemekatan larutan-larutan natrium hidroksida, natrium chlorida, gliserol dan perekat (lem). Perpindahan panas dan perpindahan massa adalah dua proses dasar yang terjadi dalam penguapan atau evaporasi. Selama penguapan pada campuran (larutan) harus diberikan panas untuk menyediakan tenaga yang diperlukan. Cairan volatile berubah menjadi uap dan uap ini harus dipisahkan.
Panas dapat diberikan secara terbuka yaitu cairan dikenakan dengan langsung pada sumber panas misalnya evaporasi dengan menggunakan cahaya matahari. Panas dapat juga diberikan secara tidak langsung dengan menghantarkannya melewati suatu media penahan yang sesuai. Suatu contoh ialah evaporasi dengan kukus sebagai sumber panas, dimana kukus (steam) dialirkan melewati sisi dalam pipa-pipa yang tercelup dalam campuran atau larutan yang diuapkan.
Keadaan yang dijumpai selama penguapan dapat bermacam-macam. Mungkin larutan yang diuapkan lebih kental daripada air, sehingga sukar untuk mengalir; mungkin juga terjadi pengendapan yang membentuk kerak pada bidang pemanas; mungkin terjadi pembentukkan buih, kenaikkan titik didih yang tinggi, atau mungkin juga pesawat dapat termakan sebagai akibat suhu yang tinggi. Dalam perancangan pesawat proses factor-faktor ini perlu diperhatikan.

B. MACAM-MACAM ALAT PENGUAP
Banyak jenis pesawat penguap yang digunakan dalam operasi penguapan. Pesawat penguap dapat digolongkan sebagai berikut :
1. Pesawat yang langsung dipanaskan dengan api.
2. Pesawat dengan media pemanas dalam suatu jaket.
3. Pesawat yang dipanaskan dengan kukus melalui bidang pemanas pipa-pipa
a. Pipa horisontal dan kukus pemanas dalam pipa (Gambar 4-14).
b. Pipa vertikal
1) Bentuk standar (Gambar 4-15)
2) Bentuk keranjang (basket) (Gambar 4-16).
3) Bentuk sirkulasi terpaksa ( Gambar 4-17 dan Gambar 4-18).









C. PERPINDAHAN MASSA DALAM EVAPORATOR

Proses evaporasi terjadi perpindahan massa, di mana massa zat yang masuk ke dalam evaporator sama dengan massa zat yang keluar dari vaporator. Neraca bahannya dapat digambarkan dengan diagram alir sebagai berikut:
Uap, Vapour (V)

Umpan, Feed (F) Larutan pekat, Saturated Solution (L)


Neraca Bahan Total: F = V + L .........(1)
Neraca Bahan Penyusun:
Neraca terlarut: xF.F = xL.L .................................(2)
Neraca pelarut: (1-xF).F = V + (1-xL).L ......(3)

Contoh soal:
Suatu larutan NaCl 10% massa, akan diuapkan menjadi larutan 30% massa NaCl. Umpan masuk evaporator berkapasitas 500 liter per jam dengan massa jenis 1,06 gram/cm3. Berapa kg/jam larutan pekat yang dihasilkan.

Diketahui: F = m = ρ.v
= 1,06 kg/L.500L/jam
= 530 kg/jam
xF = 0,10
xL = 0,30
Neraca terlarut, Pers (2)
xF.F = xL.L
0,10.530 = 0,30.L

L = = 176,7 kg
Dari pers (1) diperoleh:

V = F - L
= 530 - 176,7
= 353,3 kg
Tabel 1. Neraca Bahan Penguapan Larutan NaCl

Penyusun
Masuk
Umpan (F)
Keluar
Jumlah
Uap air (V)
Lar pekat (L)
NaCl
H2O
53
477
-
353,3
53
123,7
53
477
Jumlah
530
353,3
176,7


Soal latihan:
1. Suatu larutan NaCl 7% massa, akan diuapkan untuk menghasilkan larutan NaCl 25% massa. Umpan masuk evaporator berkapasitas 500 liter per jam dengan massa jenis umpan 1,04 g/cm3. Berapa kg/jam massa larutan pekat dan massa uap yang dihasilkan.


D. PERPINDAHAN PANAS DALAM EVAPORATOR

Konsep koefisien perpindahan panas keseluruhan dipakai dalam perlakuan perpindahan panas dalam pesawat penguap. Persamaan umum seperti dinyatakan dalam bab perperindahan panas dapat digunakan yaitu :

q = U . A . ∆t .............................(7)

Dalam persamaan tersebut, q menyatakan kecepatan perpindahan panas melewati bidang pemanas dalam satuan kalori per jam, U adalah koefisien perpindahan panas keseluruhan dalam satuan kalori/jam.m2.oC, dan A ialah luas perpindahan panas dalam satuan m2. Sedangkan ∆t adalah beda suhu standar dalam oC.

E. BEDA SUHU STANDAR

Beda suhu standar dalam persamaan perpindahan kalor menyatakan selisih antara suhu kukus yang mengembun dalam kamar sorong kukus (steam chest) dan suhu cairan mendidih dalam badan pesawat penguap. Tekanan kukus yang mengembun dalam kamar sorong kukus dapat ditentukan dengan mudah, dengan menggunakan daftar kukus (steam table).

Tugas 1
2. Dengan menggunakan daftar kukus, tentukan titik didih air jika tekanan uap di atas permukaan air adalah:
a. 1 atm b. 2 . 105 N/m2 c. 20 psi d. 380 mmHg
3. Dengan cara yang sama, tentukan tekanan uap di atas permukaan air yang mendidih pada suhu:
a. 200oF b. 72oC c. 300K d. 40oReamur e. 32oC
4. Tentukan pula volume jenis, massa jenis, entalpi penguapan, entalpi uap jenuh (steam), dan entalpi cairan jenuh(kondensat). Nyatakan dalam Sistem British maupun Sistem Internasional.
Karena pengaruh julang cairan, suhu dari cairan yang mendidih tidak konstan di seluruh badan zat cair. Sebagai contoh, suhu didih 60 cm di bawah permukaan luar zat cair, haruslah lebih tinggi daripada suhu didih pada permukaan luar karena kenaikan tekanan yang disebabkan karena julang zat cair setinggi 60 cm. Maka, perlu memilih dasar standar untuk menentukan suhu cairan mendidih dalam badan evaporator.
Ketentuan yang lazim untuk cairan mendidih dalam pesawat evaporator adalah suhu larutan mendidih pada tekanan ruang uap, atau dengan kata lain, suhu larutan mendidih pada permukaan zat cair. Dengan definisi ini, beda suhu standar ∆t menjadi beda suhu antara suhu kukus yang mengembun dalam kamar sorong kukus dan suhu larutan mendidih pada perbatasan zat cair-uap dalam pesawat evaporator


1. Beda Suhu Semu

Tekanan uap di atas zat cair dalam pesawat evaporator dapat ditentukan secara tepat dan teliti. Dengan menggunakan daftar kukus dapatlah diperoleh suhu uap. Suhu ini di definisikan sebagai suhu semu uap jenuh yang meninggalkan campuran.
Beda suhu antara suhu kukus dengan suhu semu uap jenuh yang meninggalkan campuran yang diuapkan dinamakan beda suhu semu, ∆t.
Beda suhu semu dapat digunakan untuk menghitung “koefisien keseluruhan semu”. Sebenarnya harga semu ini hanya suatu pendekatan, karena didasarkan pada anggapan bahwa cairan adalah air murni. Karena zat cair dalam pesawat penguap bukan air murni, maka suhu zat cair tidak tepat sama dengan suhu pada daftar kukus jenuh yang yang didasarkan pada tekanan dalam ruang uap. Pengaruh ini akan dibicarakan lebih lanjut dalam bagian berikut.

Kenaikan Titik Didih Karena Adanya Solut dalam Larutan

Zat cair murni atau pelarut murni mempunyai tekanan uap tertentu pada suatu suhu tertentu. Bila sesuatu zat dilarutkan dalam suatu zat cair murni, maka tekanan uap pelarut di atas larutan akan lebih rendah dari pada tekanan uap pelarut murni pada suhu yang sama. Ini dapat dibayangkan dengan menganggap bahwa molekul-molekul materi yang terlarut disebarkan secara rata ke seluruh pelarut. Maka tidak semua luas permukaan larutan dapat dipakai untuk perpindahan molekul-molekul pelarut dari keadaan cairan ke keadaan uap. Kemudian, dalam bentuk yang paling sederhana hal ini berarti tekanan uap pelarut lebih rendah dari pada bila pelarut berada dalam keadaan murni.
Suatu larutan mendidih bila tekanan uapnya sama dengan tekanan luar. Maka, suatu larutan yang mengandung materi non volatil haruslah dipanaskan sampai di atas titik didih pelarut murni sebelum pendidihan dapat terjadi. Kenaikan titik didih karena materi dalam larutan didefinisikan sebagai suhu permukaan larutan yang sebenarnya minus suhu pelarut murni bila pelarut mempunyai tekanan uap yang sama seperti tekanan uap larutan.
Sebagai contoh kenaikan titik didih karena solut (materi yang terlarut) dalam larutan, ditinjau larutan natrium hidroksida dalam air tiga puluh persen berat pada suhu permukaan 800C, dimana tekanan uap air di atas larutan sama dengan 347 mmHg. Suhu pada daftar kukus dari air yang sesuai dengan tekanan 347 mmHg (3,718 psi) adalah 66oC (1500F) . Maka bila suhu pelarut murni 66oC , akan mempunyai uap yang secara eksak sama seperti larutan 30 persen berat pada 80oC. Dari definisi kenaikan titik didih (K.T.D.) maka kenaikan titik didih karena absolut dalam larutan, untuk hal ini adalah 80oC-66oC atau 140C.
Sekarang coba anda tentuka kenaikan titik didih larutan karena pengaruh solut berupa larutan NaOH 40%massa yang mendidih pada suhu 100oC di mana tekanan uap di atas larutan adalah 490 mmHg.

3. Kaidah Duhring

Suatu hukum empiris yang penting adalah kaidah Duhring. Kaidah ini yang sangat berguna untuk menentukan kenaikkan titik didih karena adanya solut dalam larutan, mengatakan bahwa grafik titik didih larutan yang berkonsentrasi konstan melawan titik didih pelarut murni, dimana pelarut murni dan larutan tadi mempunyai tekanan uap yang sama besar, merupakan garis lurus. Air sering digunakan sebagai pelarut. Gambar 4-19 menyatakan suatu Kaidah Duhring untuk larutan natrium hidroksida dalam air.
Contoh:
Tentukan titik didih larutan NaOH 40% massa, bila pada tekanan uap yang sama air mendidih pad suhu 180oF.
Penyelesaian:
Gunakan garis Duhring pada larutan NaOH 40% massa, hubungkan dengan titik didih air 180oF. Titik potong kedua garis kemudian ditarik garis horisontal ke kiri, dan didapatkan suhu 232oF


Latihan soal:
5. Tentuka titik didih larutan NaOH 40%massa, bila titik didih air pada tekanan yang sama, sebesar:
a. 200oF b. 150oF c. 70oC d. 90oC
6. Tentukan titik didih larutan NaOH 50%massa, bila tekanan uap di atas larutan adalah:
a. 2 atm b. 10 psi c. 2.105 N/m2 d. 0,5 kg/cm2
7. Tentukan beda suhu semu dan beda suhu standar bila larutan di bawah ini dipanaskan menggunakan kukus (steam) yang bertekanan 49 psi. Nyatakan dalam oC maupun dalam oF.
a. Larutan NaOH 40%massa, dengan tekanan uap di atas larutan 190 mmHg
b. Larutan NaOH 30%massa dengan tekanan uap di atas larutan adalah 1 atm.


C. Hukum Raoult

Untuk jenis-jenis larutan zat cair tertentu , Hukum Rault dapat digunakan untuk menentukan kenaikan titik didih karena adanya solut dalam larutan. Hukum Raoult mengatakan bahwa tekanan uap parsil suatu komponen dalam larutan sama dengan raksi mol komponen tersebut dikalikan dengan tekanan uapnya dalam keadaan murni pada suhu yang sama. Sehingga :

pa = xa . Pao (8)

pb = xb . Pbo (9)

pa + pb = P (10)

dimana
pa, pa = tekanan uap parsil yang dimiliki komponen a atau b
pada keadaan setimbang dalam larutan.
Pao, Pbo = tekanan uap yang dimiliki komponen a atau b dalam
keadaan murni pada keadaan setimbang pada suhu
yang sama seperti suhu larutan
xa, xb = fraksi mol komponen a atau b dalam larutan.
P = tekanan uap larutan

Catatan: untuk larutan zat padat (non volatil) dalam zat cair, maka pa dapat diabaikan (pa ≈ 0), sehingga tekanan uap larutan sama dengan tekanan uap parsial pelarutnya:

P = pb
pb ‹ Pbo

Penurunan tekanan uapnya dapat dinyatakan sebagai berikut:

∆P = Pbo - pb
= Pbo – xb.Pbo
= (1 – xb).Pbo
= xa.Pbo
Hukum Raoult hanya berlaku untuk larutan ideal di mana penyusun-penyusunnya mempunyai sifat-sifat kimia yang serupa dan di mana molekul-molekul penyusunnya tidak saling mempengaruhi (tarik menarik) satu terhadap yang lain. Suatu larutan natrium hidroksida dalam air tidak akan mengikuti hukum Raoult, karena natrium hidroksida teruai menjadi ion-ion natrium (Na+) dan ion-ion hidoksil (OH-) segera setelah ia terlarut dalam air. Sebaliknya larutan gliserol dalam air akan mengikuti hukum Raoult secara wajar; disebabkan karena gliserol di dalam air tidak mengalami ionisasi, serta pengaruh timbal balik yang kecil dan karena kedua materi tersebut mempunai sifat-sifat kimia yang tidak jauh berbeda.
Kenaikkan titik didih karena solut dalam larutan dapat ditentukan dengan menggunakan hukum Raoult bila hukum ini dapat dipakai untuk komponen-komponen larutan.

Contoh soal:

1. Berapa kenaikan titik didih larutan gliserol 30%massa yang mendidih pada suhu 93oC?

Jawab:
Misalnya, dipandang suatu larutan dalam air mengandung 30 persen berat gliserol mendidih pada suhu 93o C. Tekanan uap gliserol dapat diabaikan, dan larutan dapat dipandang mengikuti hukum Raoult.

Fraksi mol air dalam campuran ini adalah :
= 0,923
Tekanan uap murni pada 93o C adalah 597 mmHg. Dari hukum Raoult, maka tekanan uap air pada keadaan keseimbangan di atas larutan 30 persen haruslah (0,923) (597) = 551 mmHg. Bila larutan mendidih pada suhu 93 0 C tekanan dalam ruang uap karena uap air haruslah 551 mmHg. Suhu pada daftar kukus yang sesuai dengan uap air jenuh pada 551 mmHg adalah 910 C. Maka kenaikan titik didih karena solut dalam larutan untuk larutan 30 persen berat gliserol dalam air mendidih pada 930 C adalah 930C – 910C = 20 C.

2. Air murni pada suhu tertentu mempunyai tekanan uap 380 mmHg. Berapa tekanan uap larutan gliserol 30%massa pada suhu yang sama? Berapa pula kenaikan titik didih larutannya?

Jawab:
P = xb.Pao
P = 0,923. 380 = 350,74 mmHg
T air pada tekanan 380 mmHg adalah 179oF = 81,67oC
Agar larutan dapat mendidih, maka harus memiliki tekanan uap jenuh sama dengan air tersebut.

P larutan = xb.Pao
380 = 0,923 . Pao

Pao = = 411,7 mmHg

T air pada tekanan 411,7 mmHg adalah 182oF = 83,3oC,
ini adalah suhu didih larutan.
Maka kenaikan titik didihnya adalah 83,30 – 81,67oC = 1,63oC

Soal latihan:
8. Tentukan tekanan uap larutan senyawa berikut ini, bila tekanan uap air murni pada suhu yang sama adalah 450 mmHg
a. Asam oksalat b. Kafein c. Dextrometorfan
9. Tentukan kenaikan titik didih larutan X 30%massa yang mendidih pada suhu 95oC, bila X adalah:
a. urea b. Glukosa c. Sukrosa d. Aspirin d. Paracetamol
10. Tentukan kenaikan titik didih larutan senyawa di atas bila tekanan uap air murni adalah 700 mmHg, untuk larutan berkadar 40%massa.


D. Kenaikan Titik Didih Karena Julang Hidrostatis

Dalam kebanyakan jenis evaporator, sumber panas (yaitu kukus dalam pipa) tercelup di bawah permukaan zat cair yan diuapkan. Larutan pada sisi luar pipa–pipa kukus berada pada tekanan yang lebih tinggi daripada larutan pada permukaan zat cair disebabkan oleh karena adanya julang zat air. Bila pendidihan terjadi pada pipa-pipa kukus sisi luar, suhu zat cair pada tempat yang bertekanan lebih tinggi, haruslah lebih tinggi daripada suhu zat cair pada permukaan.
Kenaikan titik didih karena julang hidrostatik dapat didefinisikan sebagai beda suhu zat cair pada sumber panas dan suhu zat cair pada permukaan. Bila kerapatan rata-rata dan konsentrasi larutan zat cair diketahui, dapatlah ditentukan kenaikan titik didih karena julang hidrostatik untuk sesuatu julang zat cair dan tekanan ruang uap yang diketahui.
Untuk kebanyakan jenis-jenis evaporator, tidaklah mungkin untuk menetukan julang rata-rata yang teliti. Misalnya dengan evaporator pipa tegak sirkulasi terpaksa, julang total berubah-ubah sepanjang evaporator. Selain itu juga, zat cair yang masuk evaporator lewat dasar tidak pada titik didihnya. Oleh karenanya peristiwa pendidihan tidak terjadi pada seluruh bagian evaporator.
Adanya kenaikkan titik didih karena julang hidrostatik biasanya mempunyai pengaruh yang kecil pada perhitungan perpindahan panas keseluruhan. Tetapi adanya julang ini haruslah dikenal. Oleh karena dalam penentuan julang dan kenaikan titik didih yang besangkutan dijumpai kesukaran-kesukaran, maka dalam perhitungan evaporator telah dijadikan standar praktis untuk mengabaikan pengaruh julang hidrostatik. Koefisien keseluruhan dan kecepatan perpindahan panas dihitung dengan menganggap bahwa suhu cairan mendidih pada suhu perbatasan antara zat cair dan fase uap.
Koefisien tersebut seringkali dinamakan koefisien keseluruhan sebenarnya. Koefisien ini didapat dengan menganggap bahwa suhu cairan mendidih adalah suhu cairan pada pertengahan antara puncak dan dasar. Pemakaian “koefisien keseluruhan sebenarnya” dan ”koefisien keseluruhan semu” mengakibatkan kekacauan. Yang pertama memerlukan kerja perhitungan tambahan tanpa memperoleh ketelitian yang berarti, sedangkan yang terakhir biasanya hanya satu pendekatan yang kasar. Sekarang umumnya telah diterima, pemakaian koefisien keseluruhan standar, didasarkan pada beda suhu antara suhu kukus dalam kamar sorong kukus dan suhu cairan mendidih pada bidang permukaan batas cairan–uap dalam badan evaporator.

F. KOEFISIEN KESELURUHAN STANDAR.

Persamaan kecepatan perpindahan panas, seperti yang ditunjukan oleh pesamaan (4-1) dapat digunakan untuk menghitung koefisien keseluruhan standar. Dalam hal ini, êt disebut “ beda suhu standar” dan sama dengan beda suhu semu minus kenaikan titih didih karena solut dalam larutan. Sebagai suatu contoh dipandang suatu evaporator yang menghasilkan larutan tiga puluh persen berat natrium hidroksida dalam air, bila tekanan dalam ruang uap evaporator adalah 192 mmHg dan tekanan dalam kamar sorong kukus 1290 mmHg. Suhu pada daftar kukus untuk uap air jenuh yang mempunyai ekanan 192 mmHg adalah 66oC (150oF) dan suhu kukus jenuh pada 1290 mmHg (25 psia) adalah 116oC (240o F). Dalam contoh ini, beda suhu semu adalah 116oC – 66o C = 50o C. Harga delta t ini digunakan untuk menghitung koefisien keseluruhan semu. Tetapi seperti diperlihatkan dalam bagian pada kenaikkan titik didih karena solut daam larutan, kenaikan titik didih sebenanya karena solut dalam larutan adalah 14o C untuk hal ini. Maka, suhu zat cair pada bidang permukaan batas zat cair - uap adalah 66 plus 14 sama dengan 80o C, dan beda suhu standar ialah 116 minus 66 minus 14 atau 116-80 = 360. Harga delta t ini digunakan untuk menghitung koefisien keseluruhan standar.


G. PENENTUAN LUAS MUKA PERINDAHAN PANAS

Dalam perhitungan evaporator seringkali perlu memerkirakan luas muka perpindahan panas yang dibutuhkan untuk penyelenggaraan operasi penguapan. Dalam perhitungan ini koefisien keseluruhan standar biasanya diketahui atau dapat diperkirakan dari pengalaman. Beda suhu standar dapat dihitung dari tekanan kukus, tekanan operasi ruan uap, dan konsentrasi campuran yang sedang diuapkan. Kemudian persamaan q = U A ê t dapat digunakan untuk menghitung luas muka perpindahan panas bila harga q diketahui.
Kecepatan perpindahan panas dala evaporator kontiny yang beroperasi pada keadaan tetap terutama sangat ditentukan oleh dua faktor, yaitu: (1) jumlah panas sensibel yang diperlukan untuk memanaskan umpan dari suhu masuk sampai suhu didih, dan (2) jumlah panas laten yang dierkukan untuk menguapkan air. Jmlah panas sensibel dapat dihitung dari kapasitas panas larutan masuk dan beda antara suhu didih dalam evaporator dan suhu umpan masuk. Untuk umpan yan berupa larutan garam anorganik dalam air dengan konsentrasi sampai kira-kira 25 pesen berat apasitas panas dapat dianggap sama dengan yan dimiliki oleh air murni. Kapasitas panas air ialah 1 kal/goC, maka kapasitas panas larutan natrium hidroksida dalam air yang mengandung 10 persen natrim hidroksida haruslah sama dengan 0,9 kalori/(g) (Co).
Panas laten penguapan dapat dipandang sebagai panas yang diperlukan untuk menguapkan satu gram air pada suhu permukaan larutan. Untuk larutan natrium hidroksida 30 % berat dengan tekanan uap 192 mmHg suhu permukaan zat cair adalah 79o C. Maka, panas penguapannya yang dapat digunakan adalah panas penguapan air pada suhu 79oC (/75o F), atau 551,8 kalori/gram (993,3 Btu/ib). Panas penguapan air pada berbagai suhu dapat diperole pada daftar kukus.
Perlu dijelaskan bahwa cara perhitungan seperti ditunjukkan dalam bagian di muka telah diabaikan panas hilang dari sisi luar evaporator karena radiasi. Panas pelarutan dan panas pengenceran juga diabaikan.


H. ANGGAPAN-ANGGAPAN DALAM PERHITUNGAN EVAPORATOR.

Dalam perhitungan-perhitungan evaporator, umumnya diadakan anggapan-anggapan tertentu supaya pekerjaan menjadi lebih sderhana. Beberapa pengandaian yang penting dapat diikhtisarkan sebagai berikut :
a. Beda suhu standar t didasarkan suhu cairan mendidih pada bidang batas permukaan cairan-uap dalam evaporator.
b. Panas yang diperlukan untuk menguapkan satu gram pelarut diambil sebagai panas laten penguapan pada suhu permukaan larutan.
c. Untuk umpan garam anorganik dalam air, kapasitas panas dapat dianggap sama seperti pada air yang murni.
d. Pengaruh kenaikan titik didih yang disebabkan karena julang hidrostatik umumnya dapat diabaikan.
e. Perhitungan kenaikan titik didih untuk evaporator yang bekerja secara kontinyu didasarkan pada konsentrasi cairan yang keluar meninggalkan evaporator.
f. Panas sensible yang diperlukan untuk memanaskan umpan sampai titik didihnya dapat diperkirakan dengan menganggap bahwa kapasitas panas umpan mencapai suhu didih larutan.


I. NERACA BAHAN DAN NERACA PANAS.

Gambar 4-20 memperlihatkan diagram evaporator yang disederhanakan, dimana bidang pemanas dinyatakan dengan lambang kumparan saja. Misalkan bahwa umpan masuk evaporator dengan kapasitas (kecepatan) F kg per jam, dan mengandung zat padat dengan fraksi massa xF. Entalpi umpan adalah hF kilokalori per kilogram. Zat hasil yang meninggalkan evaporator berupa cairan pekat sebanyak L kg per jam dan mengandung solut dengan fraksi massa xL dan mempunyai entalpi sebesar hL kilokalori per kilogram. Disamping itu dihasilkan pula V kg per jam uap yang mempunyai konsentrasi solut y dan entalpi H kilokalori per kilogram. Umumnya di dalam uap tidak terdapat solut, sehingga y sama dengan nol. Persamaan neraca bahan total dan neraca bahan solut disekeliling evaporator telah disampaikan di muka, yaitu:
F = L + V
dan
F. xF = L .xL + V . y

Pada evaporator yang beroperasi, berlaku pula prinsip kekekalan energi, di mana jumlah energi (kalor) yang masuk ke dalam evaporator sama dengan jumlah energi (kalor) yang keluar dari evaporator
Kalor Uap, qV

Kalor Umpan, qF Kalor larutan pekat, qL

Kalor kukus pemanas, Kalor embun kukus,
Steam (qS) Kondensat (qC)

Berdasarkan diagram alirnya, maka dapat dibuat persamaan neraca energinya yaitu: (panas dalam umpan) + (panas dalam kukus) = (panas dalam cairan pekat) + (panas dalam uap) + (panas dalam kondensat) + (panas hilang karena radiasi).Dengan mengabaikan panas hilang karena radiasi, persamaan neraca panas , dapat ditulis

qF + qS = qV + qL + qC ..............(4)

Karena kalor yang diperlukan berasal dari selisih antara kalor kukus dengan kalor kondensat, maka persamaan tersebut dapat diubah menjadi:
qS - qC = qV + qL - qF ...............(5)

Jadi rumus perpindahan panasnya adalah:
q = qS - qC = qV + qL - qF ...(6)

Untuk penguapan diperlukan panas, yang diberikan oleh kukus sebanyak S kilogram per jam pada bidang pemanas dengan entalpi Hs kilokalori per kilogram, dan yang keluar dari bidang pemanas berupa kondensat sebanyak S kilogram per jam dengan entalpi sama dengan hc kilokalori per kilogram. Biasanya dianggap bahwa kondensat keluar pada suhu pengembunan kukus, karena hanya mengalami penurunan suhu yang sangat kecil.

F. hF + S . Hs = V . H + L . hL + S . hc (4-5)

q = S(HS – hC) = V.H + L.hL – F.hF ……..(7)

Contoh 4-1
Suatu evaporator berbadan tunggal (single stage evaporator) yang bekerja kontinu dipakai untuk memekatkan 11000 kg per jam larutan natrium hidroksida 5%massa menjadi larutan akhir dengan kepakatan 20%massa. Ruangan uap evaporator bertekanan satu atmosfer (760 mmHg) dan tekanan kukus dipertahankan tetap pada 1810 mmHg di atas tekanan atmosfer. Koefisien perpindahan panas keseluruhan standar diambil sama dengan 732 kilokalori/(jam) (m2) (Co). Umpan masuk evaporator pada suhuh 21o C. Tentukan luas permukaan perpindahan panas yang diperlukan untuk penyelenggaraan penguapan.

Penyelesaian
1. Menghitung Δt standar
Tekanan 1810 mmHg di atas tekanan atmosfer = 1810 + 760 = 2570 mmHg mutlak atau 49,7 psi. Dari daftar kukus (steam table) suhu kukus jenuh pada 49,7 psi adalah 280,6 0F atau 1380C.
Takanan dalam ruang uap adalah 760 mmHg atau 14,9 psi. Suhu air murni yang mempunyai tekanan uap demikian adalah 100oC = 212oF. Dari garis Duhring untuk larutan natrium hidroksida, suhu permukaan larutan natrium hidroksida 20 persen berat sama dengan 107oC (224oF) untuk memberi uap dengan tekanan yang sama seperti tekanan uap air jenuh pada 100oC.
Beda suhu standar = Δt standar = 138oC – 107oC = 31Co
2. Menghitung q total
Karena umpan mempunyai konsentrasi 95 persen berat air dan merupakan larutan encer, kapasitas panasnya dapat diambil 0,95 kalori/(gram) ( C0). Dalam hal ini dianggap bahwa umpan pertama kali dipanaskan sampai suhu campuran mendidih, sehingga panas yang diperlukan untuk ini dapat diturunkan dari rumus Black’s ialah :
qsensibel = mumpan .cumpan. Δt
= (11 000 kg/jam) (0,95 kkal/kg.Co ) (107oC – 21oC)
= 898 700 kilokalori per jam.
Berat total air yang diuapkan (V) per jam dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan neraca bahan, ialah :
11.000 = V + L
xF.F = xL.L
0,05 . 11.000= 0,20.L
L = = 2750 kg/jam
V = 11.000 - 2750
= 8250 kg/jam
Panas laten penguapan air pada suhu 107oC atau 224oF dapat diperoleh dari daftar kukus yaitu 962,6 Btu/lb atau 535 kalori per jam. Jadi panas yang diperlukan untuk menguapkan air adalah:
qlaten = V. hfg
= (8250 kg/jam) (55 kalori/jam)
= 4414000 kilokalori per jam.
qtotal = 898 700 + 4 414 000 = 5 312 700 kkal/jam.
U = 732 kilokalori/jam m2 Co
∆t = 31 Co
Luas permukaan perpindahan panas yang diperlukan,
A = 235 m2.

Latihan:
11. Suatu evaporator berbadan tunggal bekerja secara kontinu untuk memekatkan X kg/jam larutan NaOH Y%massa menjadi larutan NaOH Z% massa. Sebagai pemanas menggunakan kukus yang bertekanan 2500 mmHg mutlak, sedangkan ruang uap mempunyai tekanan 400 mmHg. Umpan masuk bersuhu 30oC sedangkan koefisien keseluruhan standar 800 kkal/jam.m2.Co. Tentukan luas permukaan perpindahan panas yang diperlukan bila:
a. X = 12.000 Y = 6 Z = 21
b. X = 15.000 Y = 7 Z = 22


J. BEBERAPA FAKTOR YANG PERLU DIPERHATIKAN DALAM OPERASI EVAPORATOR

Operasi tepat guna suatu evaporator memerlukan tingkat ketrampilan yang tinggi dan pengetahuan yang lebih baik tentang pesawat. Operator yang berpengalaman dengan segera dapat menentukan sebab-sebab adanya gangguan dalam operasi evaporator, bila ia faham akan dasar-dasar penguapan. Faktor-faktor penting dalam operasi evaporator antara lain adalah :
1. Faktor pembentukan kerak (deposit) selama pemekatan larutan dalam evaporator.
Selama proses itu berlangsung, sering kali zat padat mengendap di sekitar bidang pemanas dan membentuk kerak. Adanya kerak menyebabkan terjadinya kenaikan tahanan terhadap perpindahan panas dan akibatnya ialah bahwa kapasitas evaporator turun, bila beda suhu gaya dorong tetap. Supaya kapasitas evaporator tetap, diperlukan inpput panas yan lebih tnggi. Pembentukan kerak semacam ini tidak dapat dicegah, dan terjadi dalam semua jenis evaporator ; tetapi kecepatan pembentukannya dapat diperlambat. Pembentukan kerak berlangsung bila larutan yang diuapkan mengandung solut (zat terlarut) yang mempunyai daya larut terbalik. Dengan ”Daya larut terbalik” dimaksud penurunan kelarutan bila suhu larutan dinaikkan. Untuk solut yang demikian, daya larutnya paling kecil di sekitar bidang pemanas dimana suhunya paling tinggi. Maka suatu zat padat akan mengkristal dan keluar dari larutan di sekitar bidnag pemanas dan membentuk kerak pada permukaan tersebut.
Zat-zat pembentuk kerak yang paling terkenal adalah kalsium sulfat, kalsium hidroksida, natrium karbonat, natrium sulfat dan garam-garam kalsium dari asam –asam organik tertentu. Walaupun tidak mungkin untuk mencegah pembentukan kerak bila terdapat bahan-bahan pembentuk kerak, kecepatan pembentukan dapat diperlambat dengan menggunakan kecepatan yang tinggi lewatbidang pemanas.
Hubungan antara koefisien keseluruhan dengan waktu dimana evaporator telah beroperasi dapat diperlihatkan oleh persamaan garis lurus sebagai berikut :
+ b (4-6)
dimana a dan b adalah tetapan-tetapan untuk sesuatu operasi tertentu dan U adalah koefisien perpindahan panas keseluruhan pada sesuatu waktu sejak permulaan operasi. Suatu jenis grafik pembentukan kerak 1/U2 melawan dinyatakan pada gambar 4- 21. Persamaan 4-6 dapat dipakai untuk menentukan lama waktu yang optimum suatu operasi harus beroperasi antara pencucian-pencucian agar supaya memberi kapsitas keseluruhan yang maksimum.

Kerak dapat dibersihkan dengan alat semacam korok atau dengan pemberian bahan kimia misalnya HCl encer 0,5 persen plus pemanasan.

2. Percikan dan pembentukan buih.
Karena kecepatan penguapan di dalam evaporator itu cukup tinggi maka kemungkinan adanya butiran-butiran cairan yang terbawa oleh uap sehingga dalam uap terdapat butiran-butiran cairan. Peristiwa demikian disebut percikan atau entrainment. Untuk mengatasinya maka di dalam evaporator bagian atas sering dipasang penangkap butiran cairan (baffle). Butiran cairan yang mengenai baffle akan dipisahkan dan jatuh sebagai kondensat kembali dalam cairan. Gambar 4-22.
Untuk mencegah terjadinya luapan, maka ditanggulangi dengan memperluas ruangan uap di atas cairan.
Peristiwa lain yang sering dikacaukan dengan peristiwa entrainment di atas adalah pembentukan buih yaitu pembentukan gelembung-gelembung pada permukaan cairan. Sebab-sebab terjadinya buih ini sampai kini belum diketahui dengan pasti. Tetapi yang jelas pembentukan buih tergantung antara lain adanya zat-zat padat yang lembut atau adanya bahan-bahan koloid yang akan menambah kestabilan lapisan di permukaan.
Banyak macam cara telah dipakai untuk mengatasi timbulnya buih, antara lain adalah :
1. Pembentukan larutan diusahakan sedemikian sehingga sedikit berada di bawah bidang pemanas, maksudnya agar gelembung-gelembung uap yang terlepas dari cairan itu akan pecah jika kena bidang pemanas.
2. Buih kadang-kadang dapat dipecahkan dengan menggunakan pencaran kukus (steam jet) langsung pada permukaan buih sehingga buihnya hilang.
3. Suatu baffle pelat dipasang di atas permukaan zat cair yang akan memecah gelembung-gelembung dan mengurangi buih.
4. Dengan penambahan bahan-bahan kimia misalnya minyak jarak, minyak biji kapok, atau minyak nabati lain. Tetapi pada pengguanaan bahan-bahan kimia harus diperhatikan adanya pengaruh-pengaruh samping misalnya tidak boleh bereaksi dengan bahan yang diuapkan.

K. PENGARUH CARA-CARA OPERASI PADA
KOEFISIEN KESELURUHAN.

Suatu keuntungan pada evaporator sirkulasi terpaksa ialah bahwa koefisien keseluruhan dapat ditingkatkan dengan mempertinggi kecepatan cairan melewati pipa-pipa pada evaporator. Tetapi keuntungan mendapat kecepatan perpindahan panas harus diimbangi oleh ongkos ekstra yan melawan, yaitu kebutuhan tenaga untuk mendorong cairan yang melewati pipa-pipa pada kecepatan yang lebih tinggi, untuk itu diperlukan pompa.
Kecepatan perpindahan panas dalam evaporator jenis keranjang dipengaruhi oleh tinggi permukaan larutan atau kedalaman cairan dalam pesawat. Jika permukaan cairan ini jauh dibawah bidang pemanas, maka sebagian besar luas muka bidan pemanas berada dalam fase uap. Dengan demikian kecepatan perpindahan panas berkurang, karena uap memberikan tahanan perpindahan panas yang tinggi. Sebaliknya bila permukaan zat cair terlalu tinggi , kecepatan perpindahan panas akan berkurang. Maka perlu dicari tinggi permukaan yan optimum sehingga kecepatan perpindahan panasnya maksimal.


L. PENGGUNAAN DIAGRAM ENTALPI - KONSENTRASI

Telah diketahui bahwa kenaikan titik didih merupakan suatu indeks termodinamika yang dapat digunakan untuk mengetahui perubahan sifat-sifat termodinamika misalnya harga panas jenis dan panas laten penguapan sesuatu larutan. Semakin tinggi kenaikan titik didih maka semakin jauh penyimpangannya, yaitu semakin jauh sifat-sifatnya dari sifat-sifat air, dan masalahnya menjadi lebih kompleks. Untuk mengatasi hal ini dapat digunakan diagram entalpi larutan melawan komposisi yang memperlihatkan entalpi suatu larutan tertentu pada berbagai konsentrasi dan berbagai suhu. Diagram semacam ini terlihat dalam Gambar 4-23.
Harga numerik entalpi yang terdapat pada diagram entalpi–konsentrasi untuk sistem dua komponen tergantung pada keadaan dasar yang dipilih untuk kedua komponen, meskipun beda entalpi antara dua keadaan tidak tergantung keadaan dasar yang dipilih. Dalam hal dimana air merupakan salah satu komponen, baik sekali memilih keadaan dasar untuk air sebagai air cair pada 00 C sehinggga daftar kukus dapat digunakan besama-sama dengan diagram entalpi –konsentrasi. Untuk larutan natrium hidroksida beberapa keadaan dasar dapat dipilih. Salah satu yang tepat yang telah digunakan untuk Gambar 4-23 adalah larutan dengan keenceran tidak terhingga pada suhu 20oC.

Contoh:
1. Tentukan entalpi larutan NaOH 40%massa pada suhu larutan 240oF, 300oF, 400oF
2. Tentukan entalpi larutan NaOH 30%massa bila ruang uap bertekanan 14,89 psi.
3. Larutan natrium hidroksida 20 persen yang bersuhu 38o C dengan kecepatan 4540 kilogram per jam diumpankan dalam suatu evaporator untuk dipekatkan menjadi larutan 50 persen berat. Sebagai sumber panas dipakai kukus jenuh pada 1 018 mmHg mutlak yang beroperasi dengan ruang uap pada kehampaan 660 mmHg terhadap 760 mmHg barometer. Dianggap tidak terjadi entrainment dan kondensat keluar pada suhu kukus. Panas hilang karena radiasi diabaikan. Berapa pemanassan kukus ? Bila koefisien perpindahan panas keseluruhan sebesar 2 000 kilokalori /(jam) (m2) (Co) berapa luas bidang pemanas yang diperlukan?
Evaporator diperlengkapi dengan kondensor barometik kontak arus berlawanan dan air pendingin masuk kondensor pada 16o C dan keluar kondensor pada 49o C. berapakah kebutuhan air pendingin?

Jawab:
1. Pada sumbu X tentukan titik 40, tarik garis ke atas memotong kurva bersuhu 240, dari titik potong ditarik garis ke kiri. Maka diperoleh angka 210 Btu/lb. Jadi entalpi larutannya 210 Btu/lb.
2. Pada tekanan 14,89 psi (1 atm) suhu dalam daftar kukus adalah 100oC. Menurut kaidah Duhring untuk larutan 30%massa yang suhu airnya 100oC, mendidih pada suhu 248oF atau 120oC


3. Neraca komponen NaOH diperoleh dari persamaan 4-4 :
F. xF = V . y + L . xL
(4 540 kg) (0,20) = V . O + L . (0,50)
L = 1 816 kg
V = 2 724 kg
Tekanan mutlak = tekanan barometer – tekanan vakum
= 760 – 660 = 100 mmHg
Pada tekanan ini air mendidih pada suhu 125o F atau 52o C. Entalpi kukus jenuh pada 52o C adalah 1 116 Btu/ib atau 620 kilokalori/ kg. Titik didih larutan pekat 50 persen berat dapat dibaca pada diagram Duhring gambar 4-19 yang sesuai dengan titik didih air murni 125o F terbaca 1980 F atau 92o C.
Jadi uap yang keluar dari larutan, pada keadaan panas lewat dan panas jenisnya dapat diambil 0,46 kilokalori per kg per Co
Entalpi uap panas lewat
Hpns.lwt = Hjenuh + m .c . t = 620 +1 (0,46) (92-52)
= 638,4 kkal/kg
Entalpi larutan pekat hL = 222 Btu / Ib atau 123,3 kkal/kg.
Entalpi kukus jenuh 1 018 mmHg atau 19,7 psi yang mempunyai suhu 227oF atau 108oC adalah 642,2 kkal/kilogram (daftar kukus).Sedangkan kondensat jenuh pada suhu 108oC mempunyai entalpi sebesar 108,9 kkal per kilogram. Dari persamaan 4-5 maka jumlah pemakaian kukus dapat ditentukan
F . hF + S . Hs = V . H + L . hL + S . hc
(4 540) (31,1) . S =
(2724) (638,4) + (108,9) . S + (1 816) (123,3)
S = 3411 kg per jam.
Luas bidang pemanas yang diperlukan dapat ditentukan dari persamaan (4-1).
q = U A T
q = panas yang dipindahkan lewat bidang pemanas
= S .
= S (Hs – hc) = 3 411 (642,2 – 108,9)
= 1 819 082 kkal per jam
U = koefisien perpindahan panas keseluruhan
= 2 000
A = luas bidang pemanas
t = suhu pengembunan kukus minus suhn didih cairan.
= 108oC – 92oC = 16oC
Substitusi memberi hasil
1 819 086 = (2 000) (A) (16)
A = 56,8 m2
Entalpi air pada suhu 16 dan 49oC dapat ditentukan juga dari daftar kukus dan masing-masing terbaca 28 dan 88 Btu per pound atau 15,56 dan 48,89 kkal per kilogram. Selanjutnya kebtuhan air pendingin dicari dengan mengenakan neraca panas sekitar kondensor, gambar 4-24.
V . HV + W . hw = (W + V) . h
(2724) (638,4) + W (15,56) = (W + 2724) . 48,49
W = 48 189 kg per jam.

Latihan soal
12. Larutan natrium hidroksida X% massa yang bersuhu 40oC dengan kecepatan 5000 kilogram per jam diumpankan dalam suatu evaporator untuk dipekatkan menjadi larutan Y% massa. Sebagai sumber panas dipakai kukus jenuh pada 1900 mmHg mutlak yang beroperasi dengan ruang uap pada kehampaan 660 mmHg terhadap 760 mmHg barometer. Dianggap tidak terjadi entrainment dan kondensat keluar pada suhu kukus. Panas hilang karena radiasi diabaikan. Berapa pemanassan kukus? Bila koefisien perpindahan panas keseluruhan sebesar 2.200 kilokalori /(jam) (m2) (Co) berapa luas bidang pemanas yang diperlukan?
Evaporator diperlengkapi dengan kondensor barometik kontak arus berlawanan dan air pendingin masuk kondensor pada 15oC dan keluar kondensor pada 45oC. berapakah kebutuhan air pendingin?
Diketahui:
a. X = 30 Y = 60
b. X = 40 Y = 70


Latihan Pendalaman I:

1. Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut:
a. Apa tujuan dari penguapan?
b. Sebutkan beberapa jenis alat penguap dengan pemanas kukus!
c. Sebutkan faktor-faktor yang mempengaruhi koefisien perpindahan
panas!
d. Jelaskan apa yang dimaksud dengan kaidah Duhring!
e. Apa pengaruh kenaikan titik didih pada alat penguap tunggal?
f. Gambar salah satu jenis alat penguap!

2. Dari daftar kukus dalam apendiks, tentukan yang berikut ini :
a. Suhu kukus jenuh yang mempunyai tekanan 268 mmHg.
b. Suhu kukus lewat jenuh bila tekanannya 620 mmHg dan kukus mempunyai 18oC panas lewat.
c. Suhu uap yang dihasilkan dalam suatun alat penguap bila tekanan uapnya 372 mmHg dan kenaikan titik didih karena solut yang terlarut dalam alrutan adalah 12oC.
d. Panas laten penguapan dari air pada 75oC.

3. Gunakan air cair pada 0oC sebagai dasar panas (atau nol), tentukan isi panas total dalam kilokalori per kilogram dari : (a) kukus jenuh pada 440 mmHg ; (b) air cair pada 66oC.

Latihan Pendalaman II
4. Titik didih suatu zat cair pada bidang permukaan batas uap – cairan dalam suatu alat penguap adalah 77oC . Hitunglah koefisien perpindahan keseluruhan standar dalam evaporator bila 2 520 000 kkal per jam dipindahkan ke zat cair lewat luas muka bidang pemanas 0,093 m persegi. Sebagai sumber panas dipakai kukus jenuh pada tekanan 1 800mmHg mutlak.
5. Suatu alat penguap sirlukasi terpaksa dipakai untuk memekatkan 9 000 kilogram per jam ,arutan natrium hidroksida 50 persen berat menjadi larutan NaOH 70 persen. Operasi dilaksanakan pada tekanan hampa 685 mmHg dibanding dengan 760 mmHg tekanan barometer. Kukus jenuh pada 4 000 mmHg mutlak dipakai sebagai media pemanas.
Koefisien perpindahan panas keseluruhan diperkirakan 3 400 kilokalori /(jam) (m2) ( Co). Tentukan luas muka bidang pemanas yang diperlukan dan kilogram air yang diuapka per kilogram kukus, bila umpan masuk alat penguap pada 93o C. Titik didih larutan natrium hidroksida 70 persen pada tekanan 75 mmHg mutlak = 118o C. Entalpi dari larutan 70 persen pada 118oC adalah 211 kkal/kg.
6. Suatu larutan air mengandung 25 persen netrium hidroksida mendidih pada 93o C bila tekanan uap air di atas larutan adalah 460 mmHg. Larutan yang sama, mendidih pada 60o c bila tekanan uap air di atas larutan adalah 15 mmHg . Lukiskan garis Duhring untuk larutan natrium hidroksida 25 persen berat yang menghubungkan titik didih air ke titik didih larutan.







Latihan Pendalaman III
7. Suatu campuran mengandung tiga puluh persen berat netrium chlorida dan 70 persen berat air dalam keseimbangan dengan uap air bertekanan 388 mmHg. Tentukan suhu didih zat cair pada bdang permukaan batas uap-zat air.
8. Berapa titik didih dalam derajat Celsius pada bidang permukaan batas uap- cairan dan kenaikan titik didih disebabkan karena solut dalam larutan campuran yang mengandung 35 persen berat gliserol dalam air bila tekanan dalam ruang uap diatas larutan adalah 620 mmHg? Dapat dianggap bahwa hukum Raoult diikuti oleh air dan bahwa tekanan uap dari gliserol dapat diabaikan.
9. Berat jenis larutan zat cair 1,75. bila tekanan di atas permukaan zat cair 760 mmHg, hitunglah tekanan pada daerah dimana julang hidrostatik 0,9 m.



Ujian Blok
1. Suatu larutan natrium hidroksida dalam dengan konsentrasi 10 persen berat NaOH dan bersuhu 38oC diumpankan dalam suatu alat penguap. Larutan dipekatkan menjadi natrium hidroksida 15 persen berat. Bila tekanan dalam ruang uap 210 mmHg, perkiraan total kilokalori yang diperlukan untuk menguapkan satu kilogram air dari larutan yang diumpankan.
2. Suatu alat penguap berbadan tunggal digunakan untuk memekatkan larutan natrium hidroksida – air secara kontinu. Campuran masuk alat penguap dengan kecepatan 4 500 kilogram per jam dan pada suhu 21o C. Konsentrasi umpan delapan persen berat natrium hidroksida, dan konsentrasi larutan pekat delapan belas persen netrium hidroksida. Bila luas muka bidang pemanas 37 meter persegi, hitunglah koefisien perpindahan panas keseluruhan standar dan kilogram uap yang dibutuhkan per jam. Sebagai mumber panas dipakai kukus jenuh pada 110o C, dan ruang uap dalam alat penguap dibuat tetap pada tekanan 410 mmHg.


































TAMBAHAN
TABEL I Faktor pengubah
TABEL II daya hantar panas logam.
TABEL III Daya hantar panas zat padat bukan logam.
TABEL IV Daya hantar panas zat cair.
TABEL V D aya hantar panas gas.
TABEL VI Kukus jenuh kering, Daftar suhu.
TABEL VII Kukus jenuh kering, Daftar tekanan.
TABEL VIII Sifat-sifat kukus lewat panas.
TABEL IX Dimensi pipa baja.

TABEL I . Faktor pengubah
Panjang
1 inchi .................................................................................. 2,54 sentimeter
1 foot .................................................................................. 30,48 sentimeter
1 meter ................................................................................. 100,00 sentimeter
1 mikron............................................................................... 10-6 meter
1 mil...................................................................................... 5280 feet
1 kilometer............................................................................ 0,6214 mil


Massa
1 pound................................................................................ 453,6 gram
1 kilogram............................................................................. 1000 gram
1 kilogram............................................................................. 2,205 pound
1 inch kubik.......................................................................... 16,39 sentimeter
kubik
1 liter ................................................................................... 16,39 inch kubik
1 liter.................................................................................... 1,057 kuart
1 foot kubik.......................................................................... 28,32 liter
1 foot kubik.......................................................................... 1728 inch kubik
1 gallon................................................................................. 3,785 liter
1 gallon................................................................................. 4,0 kuart

Kerapatan
1 gram per sentimeter kubik................................................. 62,43Ib/ft3
1 gram per sentimeter kubik................................................. 8,345 Ib per gallon.
1 gram mol suatu gas ideal pada 00 C dan 760 mmHg setara dengan 22,414
liter
1 pound mol suatu gas ideal pada 00 C dan 760 mmHg setara dengan 359 feet
kubik
Kerapatan udara kering pada 00 C dan 760 mmHg ............ 1,293 gram per liter
= 0,0807 Ib/ft3
Kerapatan air raksa............................................................... 13,6 gram per
sentimeter kubik (pada –20C)

Tekanan
1 atmosfer ............................................................................ 760 milimeter air
raksa
1 atmosfer............................................................................. 29,92 inch air raksa
1 atmosfer............................................................................. 33,93 feet air
1 atmosfer............................................................................. 14,7 pound per inch
kuadrat
1 atmosfer............................................................................. 2116,2 pound per
foot kuadrat
1 pound per inch kuadrat..................................................... 51,71 milimeter air
raksa
1 pound per inch kuadrat..................................................... 2,04 inch air raksa
1 pound per inch kuadrat..................................................... 2,31 feet air

Daya
1 kilowatt............................................................................. 737,56 ft/Ib gaya per
detik
1 kilowatt............................................................................. 56,87 Btu per menit
1 kilowatt............................................................................. 1,341 daya kuda
1 daya kuda.......................................................................... 550 ft Ib gaya per
detik
1 daya kuda.......................................................................... 0,707 Btu per detik
1 daya kuda ......................................................................... 745,7 watt.

Tenaga dan usaha


Kalori
Btu
Ft - Ib
Kw jam
Kalori
Btu
Ft – Ib
Kw jam
Hp jam
Joule
Liter atm
1
252
0,3241
860 565
641 615
0,239
24,218
3,.97 x 10-3
1
1,285 x 10-3
3412,8
2545,0
9,478 x 10-4
9,604 x 10-2
3,086
778,16
1
2,655 x 106
1,980 x 106
0,7376
74,73
1,162 x 10-6
2,930 x 10-4
3,766 x 10-7
1
0,7455
2,773 x 10-7
2,815 x 10-5



Hp jam
Joule
Liter atm
Kalori
Btu
Ft – Ib
Kw jam
Hp jam
Joule
Liter atm
1,558 x 10-6
3,930 x 10-7
5,0505 x 10-7
1,341
1
3,725 x 10-7
3,774 x 10-5
4,1840
1055
1,356
3,60 x 106
2,685 x 106
1
101,33
4,129 x 10-2
10,41
1,338 x 10-2
35 534,3
26 494
9,869 x 10-3
1

Viscositas
1 sentipoise........................................................................... 0,01 g/(det) (cm)
1 sentipoise........................................................................... 0,000672 Ib/(det)
(ft)
1 sentipoise........................................................................... 2,42 Ib/(jam) (ft)

Analisa udara
Dasar berat : oksigen 23,2 % ; nitrogen 76,8 %
Dasar volum : oksigen 21,0 %; nitrogen 79,0%
Berat molekul rata-rata udara 28,84.

Tetapan
e............................................................................................ 2,7183
.......................................................................................... 3,1416


Tetapan Hukum Gas
R........................................................................................... 1,987 kal/9mol) (0K)
R........................................................................................... 82,06 (cm kubik)
(atm) / (mol) (0K)
R........................................................................................... 10,73 (Ib/in2)(ft3)/(Ib
mol) (0R)
R........................................................................................... 0,730 (atm)(ft3)/(Ib
mol) (0R)
R........................................................................................... 1545 (Ib/ft2) (ft3)/
(Ib mol) (0R)


Tetapan gravitasi Standar, gc
32,17 (ft) (Ib massa)/(det2) (Ib – gaya)
9,80665 (m) (g-massa) /(det2) (g-gaya)

MEKANIKA FLUIDA

Mekanika Fluida­­



Fluida adalah zat alir atau zat yang mudah mengalir mengikuti bentuk yang ditempatinya. Mekanika fluida adalah pengetahuan mekanika prinsip-prinsip dasar yang sama seperti yang digunakan pada mekanika benda padat. Dalam pembicaraan fluida, dibedakan fluida dalam keadaan diam (fluid statics) dan fluida dalam keadaan gerak (fluid dynamics).
Fluida merupakan bahan yang dapat mengalir dan bentuknya selalu berubah dengan perubahan volume. Termasuk fluida adalah zat cair dan gas. Fluida mempunyai kerapatan yang tertentu harganya pada suhu dan tekanan tertentu. Kalau suhu dan tekanan berubah, kerapatan fluida juga berubah. Untuk zat cair kerapatannya kurang terpengaruh oleh perubahan suhu serta tekanan, sedangkan gas kerapatannya sangat dipengaruhi oleh perubahan suhu dan tekanan.
Kalau kerapatan fluida dipengaruhi oleh perubahan tekanan maka fluida itu disebut dapat mampat atau kompresibel. Sebaliknya fluida yang kerapatannya hanya sedikit dipengaruhi oleh perubahan tekanan disebut tidak dapat mampat atau inkompresibel.

1. STATIKA FLUIDA

Ditinjau suatu kolom fluida dalam keadaan diam dengan luas penampang lintang S dm2 dan bidang a, b, dan c masing-masing bekerja tekanan sebesar Pa, Pb,, dan Pc kg/dm2, sedang tingginya masing-masing Za, Zb, dan Zc­ dm (Gambar 2-2).
Pada bidang a bekerja gaya sebesar Pa.S kg gaya.Pada bidang b bekerja gaya sebesar Pb.S kg gaya. Berlaku persamaan :
Pb.S = Pa­.S + berat kolom fluida antara bidang a dan b
Pb.S = Pa.S + (Za – Zb) S ρg
Pb = Pa + (Za – Zb) g

Sejalan dengan itu diperoleh :
Pc =Pa +(Za – Zc) r g (2 - 1)
Pc-Pa =ÎP, dan Za-Zc = ÎZ

Sekarang kalau ditinjau bidang yang berdekatan dengan jarak ÎZ maka pada bidang tersebut secara umum dapat dinyatakan sbb :
ÎP = ÎZ r g
= Î Z g
maka :
= Z.g


2. MANOMETER

Manometer adalah alat untuk mengukur perbedaan tekanan. Gambar 2-3 memperlihatkan bentuk manometer yang sederhana.Anggaplah bahwa bagian bawah pipa U diisi dengan cairan A, yang kerapatannya A kg/dm3 bahwa lengan-lengan pipa U kemudian diisi dengan fluida B yang mempunyai kerapatan ρB kg/dm3 dan kedua fluida saling tidak dapat bercampur serta B lebih ringan dari pada A.


Pada salah satu kaki pipa U dikenakan tekanan Pa Newton/m2 dan pada kaki yang lain tekanan Pb. Sebagai akibat dari beda tekanan Pa-Pb miniskus dalam salah satu kaki pipa U lebih tinggi daripada yang lain, dan jarak vertikal antara kedua miniskus Rm dm, dapat dipakai untuk mengukur beda tekanan. Untuk memperoleh hubungan antara Pa-Pb dan Rm dimulai pada titik 1, yang tekanannya Pa; kemudian tekanan pada titik 2 sama dengan Pa + (Zm + Rm).g. ρB. titik 3 juga mendapat tekanan sebesar ini. Tekanan pada titik 4 kurang daripada di titik 3 dengan Rm..g.ρB. Secara matematika dapat dinyatakan dengan persamaan :
Pa + (Zm + Rm) .g.ρB – Rm gρA – Zm g ρB = ρb
Penyederhanaan persamaan ini memberi :
Pa – Pb = Rm ( ρA – ρB).g (2-3)
Tampak bahwa hubungan ini tidak tergantung pada jarak Zm dan ukuran pipa asalkan Pa dan Pb diukur pada bidang datar yang sama.
Untuk pengukuran beda tekanan yang kecil dapat dipakai manometer miring seperti tampak pada gambar 2-4. Dalam manometer jenis ini, salah satu kaki dibuat miring dengan tujuan supaya, untuk beda tekanan yang kecil miniskus pada pipa miring dapat bergerak sepanjang pipa dengan jarak yang terukur. Jarak ini adalah Rm dibagi dengan sinus dari sudut kemiringan . Dengan membuat sudut kecil maka besaran Rm dilipatkan menjadi suatu jarak dengan panjang R1, dan hasil pembacaan setara dengan beda tekanan yang kecil tadi sehingga :
Pa – Pb = R1 (ρA – ρB).g. sin (2-4)






1. Manometer pipa U dipasang pada suatu orifice meter. Manometer diisi dengan air raksa (massa jenis 13,6 g/cm3) dan cairan di atas air raksa ialah karbon tetrakhlorida (massa jenis 1,6 g/cm3). Pada manometer terbaca 21 cm. Beberapa beda tekanan di atas manometer bila dinyatakan dalam satuan atm, psi, cmHg, dan dalam cmH2O (cm air) ?
2. Manometer seperti tampak dalam Gambar 2-2 dipakai untuk mengukur beda tekanan pada orifice. Cairan A ialah air raksa (berat jenis 13,6) dan fluida B yang mengalir melalui orifice dan mengisi sebagian pipa manometer di atas air raksa adalah larutan garam dengan berat jenis 12,6. Bila tekanan pada percabangan-percabangan sama besar, permukaan air raksa dalam manometer sama dengan 90 cm di bawah pencabangan orifice. Tekanan pada pencabangan arus masuk 0,14 kg/cm2 lebih, dan pada pencabangan arus keluar 25 cm air raksa di bawah tekanan atmosfir. Berapa milimeter pembacaan manometer?




3. DINAMIKA FLUIDA

Fluida dalam keadaan gerak atau dinamika fluida merupakan salah satu bagian yang penting dalam operasi teknik kimia, karena praktis dijumpai di semua industri kimia. Lagi pula pengangkutan fluida lebih sederhana, lebih murah dan tidak banyak mengalami kesukaran, bila dibandingkan dengan pengangkutan zat padat. Sehingga di dalam pengerjaan zat padat dengan jalan membuat zat padat dalam keadaan terfluidakan (fluidized solid).
Bila fluida mengalir melalui suatu pipa pada kecepatan aliran massa yang tetap, massa fluida yang masuk satu ujung pipa dalam satuan waktu, harus sama dengan massa fluida yang keuar pipa dari ujung lain dalam satuan waktu yang sama , asal tidak ada peristiwa akumulasi ataupun pengosongan. Demikian pula pada dasar satuan waktu, berat fluida melalui luas penampang lintang dari pipa harus sama dengan berat fluida yang mengalir melalui sesuatu luas penampang lintang yang lain pada pipa tersebut.
Secara matematis dapat dinyatakan bahwa:
=

Jika m = ρV dan ρ1 = ρ2,

maka: ρV1 = ρV2
t1 t2
Diketahui , maka berlaku: Q1 = Q2

Jika volume (V) fluida yang mengalir melalui pipa berpenampang A dan

panjangnya S, adalah: V = A.S,

maka
v1.A1 = v2.A2

Jadi Q = V/t = A.S

Pertemuan 5 (2x45 menit)

Aliran fluida melalui sebatang pipa dapat dibagi menjadi dua golongan, aliran laminer dan aliran turbulen, tergantung pada jenis lintasan yang dilaksanakan oleh partikel-partikel fluida. Bila gerakan semua partikel-partikel fluida sepanjang lintasan pada dasarnya sejajar dengan sumbu pipa, maka aliran disebut laminer atau stream line.Bila gerakan partikel-partikel fluida menyaimpang besar dri garis lurus sehingga dalam fluida terbentuk olakan dan pusaran, aliran disebut turbulen.
Perbedaan antara aliran laminer dan aliran turbulen secara jelas dapat ditunjukkan dengan percobaan Reynolds (Gambar 2-5). Percobaan dilaksanakan dengan menginjeksikan arus kecil cairan berwarna (zat warna) ke dalam aliran fluida dalam suatu pipa gelas. Jika fluida mengalir dengan kecepatan cukup rendah, cairan berwarna akan mengalir melalui sistem dalam bentuk garis lurus. Tidak terjadi percampuran kedua fluida, dan dengan cara visuil dapat diamati ; lintasan garis lurus dari zat cair berwarna. Pada kondisi demikian terdapatlah aliran laminer. Bila kecepatan arus utama diperbesar secara beraturan, kecepatan akhirnya mencapai keadaan dimana zat cair berwarna tidak lagi mengalir dalam garis lurus. Sekarang mulai bercampur dengan fluida utama, dan dengan nyata dapat diamati lewat dinding pipa gelas adanya olakan dan pusaran. Bila kecepatan arus utama secara berangsur-angsur ditambah, maka percampuran antar fluida utama dan zat cair berwarna menjadi lebih nyata sampai akhirnya zat warna terdispersi di seluruh fluida utama. Pada kondisi demikian terdapatlah aliran turbulen, dimana pertikel-partikel fluida tidak lagi bergerak menurut garis lurus, tetapi bergerak dalam arah yang tidak beraturan sepanjang pipa.

Ada perbedaan-perbedaan yang besar antara sifat-sifat aliran laminer dan aliran turbulen, dan banyak hubungan-hubungan penting yang berlaku hanya untuk salah satu jenis aliran. Sehinggga perlu dibedakan antara kedua jenis aliran tersebut.
4. BILANGAN REYNOLDS
Jenis aliran,apakah laminer atau turbulen, secara eksperimen telah dibuktikan tergantung pada diameter dalam pipa (D), kecepatan aliran fluida (V), kerapatan fluida (ρ), dan viscositas fluida ( ).Harga numeric kelompok tidak berdimensi dari keempat variable tersebut membantu untuk menunjukkan apakah suatu aliran laminer atau turbulen. Kelompok tidak berdimensi ini dikenal sebagai berikut :
Bilangan Reynold NRe = (2-5)
Bila bilangan Reynold kurang dari 2100 terdapatlah aliran laminer, sedangkan aliran turbulen terdapat pada bilangan Reynolds lebih dari 4000. Aliran laminer dapat terjadi pada bilangan Ryenolds lebih tinggi dari 2100 bila kondisi aliran diperoleh dengan menaikkan bilangan Reynolds secara berangsur-angsur sedikit demi sedikit sampai melampaui harga 2100. Tetapi bila jenis aliran semula turbulen maka jenis aliran akan tetap turbulen bila bilangan Reynolds secara berangsur-angsur sedikit demi sedikit diturunkan dari 4000 sampai di bawah 2100. Bilangan Reynolds antara 2100 sampai 4000 alirannya disebut kritis, karena sulit dibedakan antara laminer atau turbulen. Jika aliran fluidanya stabil, pipa sangat bundar, serta permukaan dalam pipa licin, maka aliran laminer dapat dijumpai pada bilangan Reynolds di atas 2100.
Pertemuan 6 (2x45 menit)

5. DISTRIBUSI KECEPATAN DALAM PIPA.

Oleh karena aliran fluida pada permukaan dinding pipa mengalami tahanan akibat adanya gesekan antara fluida dengan dinding pipa, maka kecepatan partikel-partikel fluida pada suatu penampang lintang pipa tidaklah sama. Partikel-partikel fluida pada permukaan dinding dapat dipandang tidak mempunyai kecepatan. Ini berarti bahwa pada permukaan dinding, pertikel-pertikel fluida makin kurang dipengaruhi oleh tahanan gesekan dan kecepatan partikel-partkel fluida yang maximum terdapat pada pusat pipa. Maka, pandangan penampang membujur dari distribusi kecepatan aliran fluida sepanjang pipa lurus akan menunjukkan kecepatan maximum pada pusat pipa, dengan secara berangsur-angsur kecepatannya berkurang sampai menjadi nol yaitu ketika mencapai ada permukaan dinding pipa. Distribusi kecepatan aliran fluida dalam pipa dapat dilihat pada gambar 2-6.
Kecepatan aliran linier rata-rata melalui suatu pipa diambil sebagai kecepatan aliran volumetric dibagi dengan luas penampang lintang pipa. Misalnya, bila suatu fluida mengalir pada kecepatan 170 liter per menit lewat suatu pipa yang mempunyai diameter dalam 5 cm, kecepatan aliran linier rata-rata fluida adalah :
144 cm per detik;
Bila cairan ini mempunyai kerapatan 0.48 g per cm 3 dan viscositas 0.03 gram per detik per cm, bilangan Reynoldsnya adalah :
11520
Karena bilangan Reynolds lebih besar daripada 2100, maka aliran fluida adalah laminer.

6. VISCOSITAS

Viscositas suatu fluida adalah sifat yang menunjukkan besar kecilnya tahanan dalam fluida terhadap gesekan. Fluida yang mempunyai viscositas yang lebih tinggi seperti gliserin.
Ungkapan untuk viscositas dapat diperoleh dengan memandang dua lapisan fluida sejajar masing-masing mempunyai luas A cm persegi dan jarak kedua lapisan L cm.
Pada kondisi demikian, bila lapisan atas bergerak sejajar dengan lapisan bawah pada kecepatan u cm per detik relatif terhadap lapisan bawah, maka supaya fluida tetap mempunyai kecepatan u cm per detik, di sini harus bekerja suatu gaya sebesar F dine (Gambar 2-7). Dari eksperimen didapat u, dengan luas A, dan berbanding langsung dengan jarak L. Secara matematika dapat dinyatakan :
(2-6)
dimana tetapan viscositas.
Persamaan 2-6 dapat dipakai untuk mendefinisikan satuan viscositas. Persamaan tersebut diatur sebagai berikut :
= (2-7)
Dimensi dari L adalah panjang; dari F adalah gaya, yaitu massa kali percepatan atau massa kali panjang per waktu kuadrat; u adalah kecepatan yaitu panjang per waktu; dan A adalah luas atau panjang kwadrat. Bila dimensi-dimensi ini di substitusikan dalam persamaan (2-7) diperoleh bahwa dimensi viscositas adalah (massa) / (panjang) (waktu). Dalam sistem metrik satuan viscositas adalah gram/(cm) (detik). Satuan ini dikenal sebagai poise. Viscositas umumnya dinyatakan sebagai centipoise, dimana 1 centipoise sama dengan 0,001 poise.
Viscositas udara pada suhu kamar kira-kira 0,02 centipoise, sedangkan viscositas air pada suhu biasa kira-kira 1 centipoise. Minyak dapat mempunyai viscositas dari 10 sampai 5000 centipoise tergantung pada suhu jenis minyak.
Disamping viscositas absolut tersebut di atas, dikenal juga viscositas kinematik yaitu viscositas absolut fluida dibagi dengan kerapatannya. Bila untuk mengukur viscositas digunakan viskosimeter kapiler harga yang diperoleh adalah viscositas kinematik. Harga ini kali kerapatan fluida memberi viscositas absolut. Satuan viscositas kinematik adalah stoke, dimana satu stoke sama dengan satu sentimeter kwadrat per detik.
Satuan yang lebih sering dipergunakan adalah sentistoke, dimana satu sentistoke sama dengan 0,01 stoke.

Pertemuan 7 (2x45 menit)

7. PERSAMAAN BERNOULLI.

Bila hukum kekekalan tenaga dikenakan pada aliran fluida maka diperoleh persamaan yang disebut persamaan Bernouli. Pada fluida yang mengalir melalui pipa, selain terdapat tenaga pompa (W) dan tenaga gesekan sepanjang pipa (F), juga terdapat tenaga kinetik (Ek), tenaga potensial (Ep), dan tenaga akibat tekanan (PV). Persamaan sederhananya menjadi:
EpA + EkA + PAVA + W = EpB + EkB + PBVB + F
Ditinjau suatu sistim aliran fluida seperti tercantum dalam Gambar 2-8 dan dianggap bahwa uniform di seluruh sistim. Zat cair dari A mengalir ke tempat B dengan menggunakan tenaga pompa.


Dipandang satu gram (1 g) zat cair masuk di A. Tekanan di A, PA g gaya per cm persegi; kecepatan zat cair rata-rata uA cm per det; dan volume jenis zat cair VA cm kubik per gram. Titik A berada xA cm di atas suatu bidang datum datar yang sembarang dinyatakan oleh garis CD. Satu gram zat cair di A mempunyai tenaga potensial diukur dari bidang CD, sama dengan mgxA erg g cm.

Karena zat cair bergerak dengan kecepatan uA cm per det, satu gram zat cair akan mempunyai tenaga kinetik sebesar (uA2 / 2 gc) gcm. Selanjutnya satu gram zat cair masuk pipa pada tekanan PA gram gaya per cm kwadrat, dan karenanya ada kerja sebesar PAVA gram cm dikerjakan pada 1 gram zat cair. Jumlah dari ketiga suku ini menyatakan tenaga dari satu gram zat cair yang masuk sistim.
Dalam keadaan tetap berat zat cair yang masuk pada A akan sama dengan berat zat cair yang keluar pada B sehingga sesuai dengan hukum kekekalan massa. Satu gram zat cair di B akan mempunyai isi tenaga
XB + + PBVB gcm
Dimana uB, PB, VB masing-masing adalah kecepatan, tekanan, dan volume jenis pada titik B.
Menurut hukum kekekalan tenaga, bila tidak ada tenaga yang ditambahkan atau hilang antara tempat A dan B, isi tenaga 1 gram zat cair masuk pada A sama dengan yang keluar dari B. Misalkan oleh pompa ditambahkan w gcm per gram zat cair. Sebagian tenaga diubah menjadi panas oleh gesekan. Dianggap sistim pada suhu konstan; jadi berarti panas ini hilang karena radiasi. Misalkan tenaga hilang karena gesekan F gcm per gram zat cair. Sehingga persamaan Bernouli untuk tiap satuan massa adalah :
XA + + PA.VA – F + w = XB + + PB.VB (2-8)

Bila kerapatan zat cair pada masing-masing tempat adalah ρA dan gram massa per cm kubik, maka persamaan 2-8 menjadi
XA + + - F + w = XB + + ( 2-9)
w - F = XB - XA + - + - ( 2-9)
= (XB - XA ) + (uB2 – uA2) + (PB – PA)
Persamaan Bernoulli dalam SI dapat diuraikan sebagai berikut:
W – F = (EpB – EpA) + (EkB – EkA) + V(PB – PA)
= (mgXB – mgXA) + 1/2m(v - v A






8. PERSAMAAN FANNING.

Bila fluida mengalir melalui suatu pipa atau saluran , maka sebagian tenaganya akan hilang oleh karena adanya gesekan antara fluida dengan dinding pipa. Besarnya rugi tenaga karena gesekan ini, tergantung pada sifat-sifat aliran dan keadaan sistim pipa atau saluran. Untuk aliran dalam keadaan tetap melalui pipa panjang, lurus dengan diameter yang uniform, variabel yang mempengaruhi banyaknya kehilangan tenaga akibat gesekan adalah kecepatan aliran fluida kerapatan fluida, viscositas fluida, diameter pipa, panjang pipa, dan kekasaran pipa.
Dengan mempergunakan analisa dimensi pada variabel-variabel tersebut maka untuk rugi tenaga karena gesekan dalam sistim dapatlah diperoleh hubungan sebagi berikut
F = 2 f (2-10)
Dimana F rugi tenaga karena gesekan, gram gaya.cm/per gram massa; V kecepatan linier rata-rata, cm per det; L panjang pipa lurus cm; gc tetapan gravitasi universal; D diameter dalam pipa yang penampang lintangnya berbentuk lingkaran cm.
Faktor gesekan f , adalah besaran yang tidak berdimensi dan harganya merupakan fungsi bilangan Reynolds dan kekasaran relatif pipa. Persamaan 2-10 dikenal sebagai persamaan Fanning. Kesetaraan kekasaran permukaan pipa diberi lambang (epsilon) dan menyatakan kekasaran rata-rata. Kekasaran relatif didefinisikan sebagai perbandingan tidak berdimensi dari kesetaraan kekasaran pipa dengan diameter pipa atau / D, dimana dan D dinyatakan dalam satuan yang sama.
Gambar 2-9 menyatakan grafik faktor gesekan melawan Reynolds dalam pipa lurus. Dalam daerah laminer, faktor gesekan tidak dipengaruhi oleh kekasaran relatif pipa. Maka hanya satu garis tampak dalam gambar 2-9 untuk bilangan reynolds sampai kira-kira 2100. Dalam daerah turbulen, kekasaran relatif pipa mempunyai pengaruh yang besar pada faktor gesekan. Kurva-kurva dengan parameter / D berbeda disajikan dalam gambar 2-9 untuk harga-harga bilangan Reynolds lebih besar dari 2100. Daftar yang termuat dalam gambar memperlihatkan harga-harga bagi berbagai bahan konstruksi pipa.

Daerah bilangan Reynolds antara 2100dan 4000 dikenal sebagai daerah kritis. Dalam daerah ini, pada keadaan biasa, sangat meragukan apakah jenis aliran berupa laminer atau turbulen. Untuk maksud-maksud perancangan, praktis paling aman untuk menganggap bahwa aliran turbulen ada pada semua bilangan Reynolds lebih besar dari 2100. Tetapi harus disadari bahwa anggapan ini dapat mengakibatkan over design bila aliran berada dalam keadaan kritis.
Untuk faktor gesekan tersebut dapat dinyatakan secara matematika dari persamaan garis lurus dalam daerah aliran laminer Gambar 2-9. jadi, pada bilangan Reynolds di bawah 2100.
F = = (2-11)

9. PERSAMAAN POISEUILLE

Dengan membaca harga f yang tertentu dari grafik bilangan Reynolds melawan f (Gambar 2-9), persamaan Fanning (Persamaan 2-10) dapat dipakai untuk kedua jenis aliran baik laminer maupun turbulen.
Telah dibuktikan baik secara teori maupun eksperimen bahwa bila fluida tidak dapat mampat mengalir dalam pipa yang uniform dan mempunyai penampang lintang berbentuk lingkaran, serta fluida mengalir sebagai aliran laminer, dengan memasukkan persamaan 2-11 ke dalam persamaan 2-10 diperoleh:
(2-12)
dimana
f = rugi tenaga mekanis yang disebabkan oleh gesekan, cm.
= mu, viscositas mutlak fluida, g/ (det) (cm).
V = kecepatan linier rata-rata, cm per detik.
L = panjang pipa lurus, cm.
gc = tetapan gravitasi umum, 980,665 cm
D = diameter dalam pipa , cm.
= rho, kerapatan fluida, gram per cm kubik.

Persamaan ini dikenal sebagai persamaan Poiseuille. Bila viscositas dikenal, persamaan ini dapat dipakai untuk perhitungan rugi tenaga makanis yang disebabkan oleh gesekan. Meskipun demikian persamaan Poiseuille lebih sering digunakan untuk penentuan viscositas bila suku-suku lainnya diketahui.


)

10. RUGI TENAGA KARENA PEMBESARAN.

Rugi tenaga mekanis yang diderita oleh aliran fluida karena gesekan akibat pembesaran luas penampang lintang dari pipa saluran dapat dihitung dari persamaan :
(2-13)

dimana Fe rugi tenaga mekanis karena pembesaran cm gram. Gaya per. Gram massa, V1 kecepatan linier rata-rata dari fluida dalam bagian sebelum pembesaran, dan V2 kecepatan linier rata-rata dari fluida setelah pembesaran. Untuk aliran laminer diambil 0,5 sedangkan bila aliran turbulen sama dengan 1,0.

11. RUGI TENAGA KARENA KONSTRAKSI.

Rugi tenaga mekanis yang diderita oleh fluida yang mengalir karena gesekan akibat pengecilan atau konstraksi luas penampang lintang dari sistim aliran dapat dihitung dengan persamaan berikut :
(2-14)

dimana Fc rugi tenaga mekanis karena pengecilan, gram gaya cm pergram massa. Kc tetapan tidak berdimensi, besarnya tergantung pada perbandingan kedua luas penampang lintang, V2 kecepatan dalam pipa setelah mengalami kontraksi, cm per detik.
Harga Kc dapat diperkirakan dari gambar 2-10 dimana S1 adalah luas penampang lintang pipa sebelum pengecilan, dan S2 luas penampang lintang pipa setelah pengecilan. Bila pengecilan terjadi dari tempat yang sangat besar seperti danau, waduk atau reservoir air kota, maka perbandingan S2/S1 dianggap sama dengan nol dan Kc sama dengan 0,5. Untuk aliran terbuka dapat diambil harga 1,0 sedangkan untuk aliran laminer sama dengan 0,5.




12. RUGI TENAGA KARENA SAMBUNGAN.

Yaitu rugi tenaga mekanis karena gesekan akibat tahanan yang dialami oleh fluida yang mengalir melalui berbagai jenis sambungan pipa seperti siku-siku, bentuk huruf T dan keran. Rugi tenaga yang disebabkan oleh karena berbagai sambungan ini dinyatakan dengan suatu panjang fiktif Le. Panjang fiktif ini setara dengan panjang nominal sambungan dan yang menyebabkan rugi tenaga yang sama seperti yang disebabkan oleh sambungan sendiri. Panjang pipa yang sebenarnya plus panjang fiktif Le dapat disubstitusikan untuk L dalam persamaan Funning atau persamaan Poiseuille (2-10 atau 2-12) untuk menentukan rugi tenaga total yang disebabkan oleh pipa plus sambungan.
Daftar II-I memuat harga-harga Le untuk berbagai-bagai sambungan dalam daerah aliran turbulen. Karena harga Le dipengaruhi oleh ukuran sambungan maka keterangan dalam daftar II-I dinyatakan sebagai Le/D.
Daftar II-I. Perbandingan Le/D untuk sambungan pipa standar.

Sambungan
Le / D
Siku-siku 900
Siku-siku 450
Perpotongan dua pipa
Keran bulat (terbuka penuh)
Kopling
Union
32
15
60
300
diabaikan
diabaikan

Sebagai contoh harga Le untuk satu sambungan siku-siku 450 dengan diameter dalam 5 cm adalah sama dengan (15) (5) = 75 cm.



Soal-soal

1. Manometer pipa U dipasang pada suatu orifice meter. Manometer diisi dengan air raksa (berat jenis 13,6) dan cairan di atas air raksa ialah karbon tetrakhlorida (berat jenis 1,6). Pada manometer terbaca 21 cm. Beberapa beda tekanan di atas manometer dalam cm air ?
2. Manometer seperti tampak dalam Gambar 2-2 dipakai untuk mengukur beda tekanan pada orifice. Ciaran A ialah air raksa (berat jenis 13,6) dan fluida B yang mengalir melalui orifice dan mengisi sebagian pipa manometer di atas air raksa adalah larutan garam dengan berat jenis 12,6. Bila tekanan pada percabangan-percabangan sama besar, permukaan air raksa dalam manometer sama dengan 90 cm di bawah pencabangan orifice. Tekanan pada pencabangan arus masuk 0,14 kg/cm2 lebih, dan pada pencabangan arus keluar 25 cm air raksa di bawah tekanan atmosfir. Berapa milimeter pembacaan manometer?
3. Zat cair dengan kerapatan 0,64 gram per kubik mengalir melalui pipa lurus dengan penampang lintang bentuk lingkaran pada kecepatan 5700 liter per jam. Tentukan jenis aliran laminer atau turbulen pada kondisi berikut :
a. Bila diameter pipa sisi dalam 5 cm dan viscositas absolut dari fluida 26,8 gram / (jam) (cm).
b. Bila diameter pipasisi dalam 36 cm dan viscositas absolut dari fluida sebesar 3,0 centipoise.
4. Tekanan tinggi kolom fluida tegak dengan kerapatan 0,64 g per cm kubik yang dapat ditahan oleh tekanan static sebesar 1,26 kg per cm persegi absolut bilap puncak kolom terbuka terhadap atmosfer. Tekanan barometer sama dengan 1 kg per cm persegi.
5. Suatu fluida dengan kerapatan 0,8 gram/cm kubik mempunyai viscositas absolut 0,4 centipoise. Nyatakanlah viscositas ini dalam satuan (a) poise; (b) gram per cm detik; (c) gram per cm jam; (d) centistokes; (e) stoke.
6. Udara mengalir dengan kecepatan 92 m per detik pada 200 C dan tekanan absolut 10,5 kg/cm persegi pada bagian masuk dari pipa datar. Udara mengalir melalui suatu orifice. Pada suatu titik dekat orifice kecepatan linier dari udara 150 m/detik dan tekanan absolut 517 cm Hg. Dengan menganggap udara sebagai gas sempurna tentukan suhu pada titik ini. Kalau kapasitas panas menengah pada tekanan konstan bagi udara pada suhu operasi dianggap sebesar 7 kalori/(mol) (C0). Dalam sistim secara keseluruhan aliran termasuk jenis turbulen.
7. Suatu zat cair mengalir melalui sebatang pipa baja lurus pada kecepatan 460 cm/detik. Diameter pipa sisi dalam 2,067 inch. Kerapatan zat cair 0,65 gram/cm kubik, dan viscositasnya 0,04 gram/(detik) (cm). Bila panjang pipa 20 m, hitunglah rugi tenaga mekanis karena gesekan!
8. Suatu zat cair dengan kerapatan 1.12 gram/cm kubik mengalir melalui pipa baja lurus yang memiliki diameter dalam 5 cm pada kecepatan 45 kg/jam. Viscositas zat cair 0,9 centipoise. Hitunglah penurunan tekanan dalam kg per cm peregi karena gesekan, bila panjang pipa 1,6 km.
9. Hitunglah rugi tenaga mekanis karena gesekan, dinyatakan dalam cm gram gaya per gram massa, akibat pembesaran dari pipa diameter sisi dalam 5 cm menjadi pipa diameter sisi dalam 10 cm untuk air pada 180 C mengalir pada kecepatan 500 kg per menit.
10. Hitunglah rugi tenaga mekanis karena gesekan dinyatakan dalam cm gram gaya per gram massa, pada pengecilan dari pipa diameter sisi dalam 6 cm menjadi pipa diameter sisi dalam 3 cm untuk zat cair dengan kerapatan 0,64 gram per cm kubik yang mengalir pada kecepatan 20 kg per menit. Dianggap terjadi aliran turbulen.
11. Hitung Hp yang diperlukan untuk suatu pompa dengan efisiensi keseluruhan 55 peren unutk memberi tenega 6000 cm gram gaya per gram
12. Massa dari aliran fluida pada sistim dimana 50 kg fluida mengalir per menit.
13. Suatu larutan dengan berat jenis 1,84 akan dialirkan dari tangki umpan yang penampang lintangnya sangat besar melalui pipa diameter dalam 8 cm. Kecepatan dalam pipa pengisap 1 m per detik. Untuk ini diperlukan sebuah pompa dimana diameter pipa pengeluaran 5 cm ke tangki atas. Ujung pipa pengeluaran 15 m di atas permukaan larutan dalam tangki umpan. Rugi tenaga karena gesekan di seluruh sistim 3 m larutan. Berapa Hp teoritis dari pompa? Gambar 2-11.

14. Enam ribu liter per jam minyak bahan bakar pada suhu 900 C (berat jenis 0,916 viscositas 80 centipoise) dipompa melalui pipa diameter dalam 8 cm panjang 520 m. Sepanjang jalur pipa terdapat dua keran bulat dan enam siku-siku 900 . Berapa rugi tenaga total karena gesekan dalam pipa. Dianggap tidak ada perubahan suhu.
15. Enam ribu liter per jam minyak viscositas 40 centipoise pada suhu 160 C dipompa melalui saluran pipa diameter dalam 8 cm. Terjadi pengecilan menjadi 3 cm. Berapa rugi tekanan karena pengecilan?
16. Zat cair pada 660 C (berat jenis 0,985 viscositas 0,443 centipoise) dari suatu tengki air, dikeluarkan melalui suatu sistim pipa diameter dalam 5 cm pada kecepatan 450 liter per menit karena julang hidrostatiknya sendiri. Gambar 2-12 menunjukkan sistim pipa dimaksud . Berapa tinggi permukaan air tangki di atas titik pengeluaran?

PENGANTAR OPERASI TEKNIK KIMIA


PENDAHULUAN
Kalau diperhatikan proses-proses dalam berbagai industri kimia, maka seringkali terdapat proses dengan operasi teknik yang sama, serta berdasarkan prinsip-prinsip pengetahuan yang sama pula.
Misalnya :
1. Dalam pabrik gula, kotoran (residu) yang berupa endapan dalam nira perlu dipisahkan dari niranya dengan penyaringan (filtrasi).
2. Dalam pabrik bahan pewarna, endapan bahan pewarna dipisahkan dari cairan induknya dengan penyaringan.
Proses-proses penyaringan kotoran dari nira dan bahan pewarna dari cairan induknya adalah operasi teknik kimia yang berdasarkan kepada prinsip-prinsip yang sama. Oleh karena itu pembahasan mata pelajaran ini adalah unit proses atau unit operasi secara umum.
Operasi teknik kimia bersifat fisis, sehingga memerlukan pengetahuan dasar antara lain : fisika, mekanika, kimia dan matematika. Jadi operasi teknik kimia adalah pengetahuan yang mempelajari satuan operasi proses-proses fisika dalam berbagai industri kimia.
Dasar-dasar pokok yang digunakan dalam operasi teknik kimia ialah : neraca bahan, neraca tenaga, kesetimbangan statis, kesetimbangan dinamis, dan neraca ekonomi.


NERACA BAHAN
Neraca bahan merupakan bentuk lain dari hukum kekekalan massa, yaitu bahwa massa tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Secara khusus dapat diartikan sebagai berikut :
“jumlah massa yang masuk dan keluar dalam suatu proes di dalam keadaan tetap (steady state) adalah sama, sehingga selama proses tidak ada pembentukan atau kehilangan massa”
Kalimat yang lebih sederhana dapat dinyatakan bahwa :
Input = Output
Atau
“Jumlah massa yang dimasukkan dalam proses = jumlah massa yang dikeluarkan dari proses”
Proses di dalam keadaan tetap (steady state) yang dimaksudkan adalah proses dimana kondisi-kondisinya tidak berubah dengan perubahan waktu, sehingga bukan awal dari proses (penimbunan) atau akhir dari proses (pengosongan).
Dalam perhitungan neraca bahan dimana terjadi reaksi kimia, seringkali lebih sederhana digunakan satuan molekuler (mol) daripada satuan massa biasa. Satu mol dari sesuatu senyawa murni didefinisikan sebagai besaran yang massanya secara numeric sama dengan massa molekul relatifnya. Massa molar bersatuan gram/mol.
Massa molar rerata dari campuran zat-zat didapat dari persamaan :

Mrt =

Keterangan:
mA, mB, mC = Massa penyusun A, B,C dalam campuran, gram.
MA, MB, MC = massa molar penyusun A, B, C, gram/mol
Mrt = massa molar rata-rata.
Contoh soal: (1-1)
Suatu campuran zat cair tersusun dari 40% massa benzena dan 60% massa toluena. Jika Mr benzena 78 dan Mr toluena 92, tentukan massa molar rerata dari campuran tersebut!

Jawab:
Untuk 100 gram campuran, maka:
massa benzena(mA) = 40%(100) = 40 gram mol = 40/78 = 0,513 mol
massa toluena (mB) = 60%(100) = 60 gram mol = 60/92 = 0,652 mol
BM rata-rata (M) =

Di dalam beberapa hal sering lebih berfaedah menyatakan susunan tidak sebagai fraksi massa, atau persen massa, tetapi sebagai fraksi mol atau sebagai persen mol. Fraksi mol suatu penyusun adalah perbandingan mol penyusun itu dengan jumlah mol semua penyusun dalam campuran. Sehingga dengan menggunakan lambang-lambang seperti dalam persamaan (1-1), fraksi mol penyusun A (xA) adalah :
Fraksi mol penyusun A (xA ) =
Jumlah fraksi mol semua penyusun sama dengan satu. Sedangkan persen mol adalah fraksi mol dikalikan dengan seratus.

Contoh 1-2:
Lima ribu liter per jam larutan garam dapur (NaCl) 5% diuapkan untuk mendapatkan larutan garam dapur 25 %, semua dalam persen massa. Kerapatan larutan garam dapur 5 % = 1,034 g/mL. Susunlah neraca bahannya .
Penyelesaian :
Larutan garam mengandung dua komponen , natrium chlorida padat dan air. Selama penguapan hanya air yang hilang menguap sedang jumlah natrium chlorida padat tidak berubah (Gambar 1-1). Tahap pertama yang diperlukan ialah menentukan kecepatan massa umpan.

Umpan = 5000 liter/jam
Kecepatan umpan (F) = (5000 liter/jam) (1,034 kg/liter)
= 5170 kg/jam
Kadar NaCl dalam umpan (xF) = 5% = 0,05
Kadar NaCl dalam larutan pekat (xL) = 25% = 0,25

Persamaan neraca bahan total :
F = V + L
5170 = V + L...............(1)

Persamaan neraca bahan penyusun:
Pers untuk NaCl : xF.F = xL.L
0,05.5170 = 0,25. L
L =
Dari pers (1) diperoleh :
V = F – L
V = 5170 – 1034
= 4136 kg/jam
Jadi, aliran air yang diuapkan (V) adalah 4136 kg/jam
Susunan umpan (F) diketahui, yaitu:
Aliran massa NaCl = (5170) (0.05) = 258,5 kg
Aliran massa H2O = 5170 – 258,5 = 4911,5 kg +
Jumlah = 5170,0 kg

Selama penguapan banyaknya natrium klorida tidak berubah dan banyaknya yang tertinggal dalam larutan pekat juga sama seperti semula ketika masih dalam larutan encer.

Jadi, dalam larutan pekat(L):
L = 1034,0 kg/jam
Aliran massa NaCl dalam larutan 25% = 258,5 kg/jam
Aliran massa H2O dalam larutan 25% = 775,5 kg/jam


TABEL NERACA BAHAN PENGUAPAN NaCl DALAM KG/JAM

Penyusun
Masuk
Keluar
Umpan (F)
Larutan pekat (L)
Uap (V)
NaCl
H2O
258,5
4911,5
258,5
775,5
-
4136
Jumlah
5170
1034
4136


Bila bahan berada dalam bentuk gas, dan gas tersebut dapat dianggap ideal maka hubungan antara massa, suhu, tekanan, dan volume dapat diperoleh dengan
meggunakan persamaan sebagai berikut ;

P.V = n.R.T (1-3)
Dimana :
P = tekanan, atm
V = Volume, liter
N = jumlah zat gas, mol
R = tetapan gas ideal, 0,082 liter atm/mol/K
T = suhu mutlak, K
Kalau persamaan gas ideal dikenakan pada keadaan 1 (awal) dan keadaan 2 (akhir), maka didapat hubungan sebagai berikut :
(1-4)
Misalnya V1 gas ideal pada tekanan P1 dan suhu mutlak T1 akan mempunyai volume V2 pada suhu T2 dan tekanan P2 dimana harga V2 diberikan oleh :

Dari persamaan gas ideal, maka secara numerik R dapat dievaluasikan dari kenyataan yang dikenal bahwa satu mol sesuatu gas pada keadaan standar (1 atm dan 00 C) menempati volume 22.414 liter. Maka untuk satu mol gas persamaan 1-3 menjadi :

Nilai R ini hanya dapat digunakan bila tekanan dinyatakan dalam atmosfer, volume dinyatakan dalam liter dan suhu dalam Kelvin. Bila untuk tekanan dan volume dipakai satuan-satuan lain, maka R juga akan mempunyai nilai yang lain pula. Maka kalau P dinyatakan dalam atm dan V dalam ml maka :

Supaya R mempunyai satuan erg maka P harus dinyatakan dalam dine/cm2 dan V dalam cm3. Tekanan 1 atm adalah tekanan yang dinyatakan oleh suatu kolom air raksa setinggi 76 cm dan luas penampang lintang 1 cm2 pada suhu 273.16 K. Volum dari kolom demikian adalah 76 cm3. Karena massa sama dengan (kerapatan) (volum) maka massa dari kolom ialah (13.595 g/cm3) (76 cm3). Besaran ini dikalikan dengan percepatan gravitasi (tarikan) bumi (980.66cm/det2) terdapatlah gaya dalam dyne.
= 8.314 x 107
Karena erg = 1 dine x 1 cm
Dari daftar konversi terbaca bahwa
1 joule = 107 erg dan 1 kelori = 4.184 joule
maka R = 8.314 joule/mol0K dan
Hubungan yang penting untuk campuran gas yang bersifat ideal adalah hukum Dalton yang menyatakan bahwa : “Tekanan total suatu campuran gas merupakan jumlah tekanan parsil masing-masing penyusun campuran gas, atau dapat dinyatakan dengan persamaan berikut “:
P = PA + PB + PC + …… (1-5)
dimana
P = tekanan total campuran gas
PA , PB , PC­ , ……= tekanan parsil gas A, B, C, …….
Hubungan lain yang identik dengan hukum Dalton adalah hukum Amagat yang menyatakan bahwa, “dalam suatu campuran gas ideal, volume total adalah sama dengan jumlah volume parsil masing-masing penyusun gas, atau secara matematis dapat dinyatakan dalam persamaan” :
V = VA + VB + VC + ….. (1-6)
Dimana
V = volume total campuran gas
VA, VB, VC, …. = volume parsil dari gas A,B, C,
Mengingat hukum-hukum diatas didapatkan hubungan yang sederhana untuk campuran gas yaitu :
% volume = % tekanan = % mol




NERACA TENAGA (ENERGI)

Neraca tenaga didasarkan pada hukum kekekalan tenaga dan merupakan salah satu cabang ilmu teknik yang dikenal sebagai termodinamika. Termodinamika mempelajari hukum-hukum yang menyangkut hubungan kwantitatif antara panas dan bentuk lain dari tenaga. Keuntungan dengan termodinamika ialah tidak perlu diketahui jalan proes melainkan cukup diketahui keadaan awal dan akhir saja. Ada tiga buah hukum termodinamika , tetapi dalam buku ini hanya akan dibicarakan hukum pertama saja.
Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun dilenyapkan tetapi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain dengan jumlah tenaga yang tetap selama transformasi.
Tenaga mempunyai bentuk yang bermacam-macam , antara lain tenaga panas, tenaga mekanis, tenaga radiasi, tenaga listrik, tenaga kimia . tenaga potensial, dan tenaga kinetik. Karena tenaga dapat mempunyai berbagai macam bentuk, maka suku-sulu dalam neraca tenaga harus mempunyai satuan-satuan yang sama.

GAYA

Gaya dapat diartikan sebagai dorongan atau tarikan. Hukum II Newton, tentang benda bergerak menyatakan bahwa gaya berbanding lurus dengan hasil kali massa dan percepatan, atau :
(1-8)
Rumusan di atas adalah gaya berdasarkan Sistem British atau Imperial. Dalam satuan internasional (SI), maka gaya dirumuskan sebagai hasil kali antara massa dengan percepatan:

F = m.a satuannya kg.m/s2 atau Newton

dimana
F = resultan gaya-gaya yang bekerja pada benda, Newton.
m = massa benda, kilogram.
a = percepatan benda pada arah resultan gaya.
= tetapan penyehat satuan (faktor koreksi) yang harga numeriknya tergantung pada satuan yang akan dipilih untuk gaya, massa, panjang, dan waktu.
Gravitasi standar yaitu percepatan gravitasi pada permukaan laut pada garis lintang 450 besarnya 980.665 cm/det2.
Maka 1 gram gaya = (1 gram massa) (980.665 )
Tetapan gc dengan menggunakan gram gaya sebagai satuan dasar dari gaya harganya adalah 980.665 dan satuannya (gram massa) (cm) / (gram gaya) (detik2).
Dapat ditulis 1 gram gaya =
Variasi gravitasi di atas seluruh permukaan bumi jarang melampaui 0.25 %. Sehingga percepatan karena gravitasi dalam batas ketelitian teknik, 980.665 cm/ det2 berlaku di mana saja di bumi.

Contoh 1-2
Berapa tenaga tempat (dalam Joule) dari suatu massa 10 kg, yang terletak 6 m di atas bidang banding (datum ) tertentu di suatu tempat di bumi ?
Penyelesaian :
Tenaga tempat = (10 kg) (6m) (9.80 m/det2)
= (60)(9,8) (kg)(m)(m/s2)
= 588 kg.m2/s2
= 588 Joule
Persamaan 1-8 memberi hubungan antara empat besaran dasar, yaitu massa, gaya, panjang serta waktu yang berlaku tanpa memperhatikan sistim satuan apa yang dipakai. Bila waktu diukur dalam detik, panjang dalam centimeter, dan massa dalam gram, maka satuan gaya yang dipilih dalam dine, didefinisikan sebagai gaya yang dapat membangkitkan suatu massa 1 gram dengan percepatan sebesar 1 cm / det2.
Substitusi ke dalam persamaan 1-8 memberi hasil :
1 dine =
gc = 1 dine.cm / dine.det2
gc disini sebenarnya ac (dalam teknik terpakai dibedakan antara gaya inertia dan gaya berat). Satuan gaya sistem cgs ialah g.cm det-2 diberi nama dine dan dalam sistem mks ialah kg.m.det-2 yang diberi nama newton.
1 N = 1 Newton = (1000 g) (100 cm) det-2
= 105 g.cm.det-2
= 10 5 dine



PENGUBAHAN SATUAN

Bila satuan besaran sekunder dinyatakan dalam satu sistem satuan (misalnya sistem inggris) dan akan diubah menjadi besaran yang setara dalam sistem yang lain (misalnya sistem metrik) maka perlu digunakan faktor pengubah (faktor konversi). Faktor pengubah adalah bilangan murni tidak berdimensi yang merupakan perbandingan besaran dalam satu sistem satuan dengan besaran dalam sistem satuan yang lain.
Misalnya satu jam = 60 menit atau .
Bilangan 60 adalah faktor pengubah satuan jam ke satuan menit.

Contoh 1-3
Suatu benda mempunyai koefisien perpindahan panas h sebesar
Berapa harga koefisien ini dalam kkal/(m2) (C0) (jam) ?
Penyelesaian :
Dari daftar konversi pada apendiks diperoleh
1 Btu = 0.252 kkal 1 ft = 0.3048 m
1 Co = 1.8 Fo
Maka harga koefisien perpindahan panas adalah :
=


SOAL-SOAL

Larutan NaCl 6% massa dengan densitas 1,036 g/cm3 akan dipekatkan dengan proses evaporasi sehingga menghasilkan larutan NaCl 30% massa. Kecepatan umpan pada evaporator adalah 100 liter per menit. Berapa kg/menit larutan pekat yang dihasilkan dan susunlah neraca bahannya.
Campuran etanol dan air hasil fermentasi tetes tebu diperkirakan berkadar etanol 15% massa, akan disuling (didistilasi) agar diperoleh distilat etanol 96% massa, sedangkan hasil bawah (bottom) mengandung 90% massa air. Susunlah neraca bahannya bila umpan masuk 100 kg/jam.
Berapa Joule energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg air, dengan kalor jenis 1 kalori/gram. 0C dari suhu 200C menjadi 900C?
Ubahlah besaran berikut ini ke dalam satuan yang diminta:
Tetapan gas ideal: R = 0,082 liter atm/mol.K
= ..............................Joule/mol K
Kalor jenis air, c = 1 kalori/gram K
= ......Btu/lb.F
Massa jenis air pada suhu 4oC adalah 1 kg/liter, ubahlah menjadi lb/ft3
Udara diperkirakan mengandung 79% volume gas nitrogen (N2) dan 21% volume oksigen (O2). Jika massa atom relatif nitrogen = 14 dan oksigen = 16, dan udara diukur pada suhu 27oC dan tekanan 1 atm, maka tentukan massa jenis udara tersebut dalam satuan g/L. Nyatakan pula kadar penyususn udara dalam persen massa
Asam klorida di laboratorium tersedia dalam kadar 12 M dengan massa jenis 1,2 kg/L. Nyatakan kadar asam klorida tersebut dalam persen massa.