Peristiwa Perpindahan Momentum, Energi, dan Massa dalam Sistem Fisika

(1)

TK2092 Peristiwa Perpindahan A

semester II 2021-2022

Pengajar:

Danu Ariono, Dr. Ir. Prof

Pri Januar Gusnawan, ST., MT., Ph.D

1

(2)

TK2092 Peristiwa Perpindahan A

• merupakan mata kuliah layanan dari Prodi Teknik Kimia FTI untuk Prodi Teknologi Pasca-Panen SITH,

• memberi pemahaman tentang peristiwa perpindahan momentum, energi (termal) dan massa dalam terutama dalam fluida mengalir,

• merupakan kuantifikasi dari fenomena alamiah,

• memerlukan pengetahuan dasar: Fisika dan Matematik (Kalkulus),

2

(3)

Mata kuliah ini akan memperkenalkan para siswa dengan teori dasar peristiwa perpindahan (momentum, energi dan massa). Hukum-hukum dasar perpindahan momentum, massa, energi.

Perpindahan momentum dan rheology, difusi momentum, energi termal dan massa serta analogi-analoginya; sifat-sifat perpindahan; sistem multifasa

dan koefisien-koefisien perpindahan; perpindahan konvektif; perpindahan dalam kondisi turbulen; perpindahan tak tunak; aplikasi perpindahan dalam produk pertanian, kehutanan dan perikanan

Silabus

3

(4)

Mengetahui dan menjelaskan konsep dasar dan mekanisme

perpindahan momentum, perpindahan panas (energi termal atau kalor), dan perpindahan massa, baik dalam isothermal dan non-isothermal,

laminer dan aliran turbulen

Luaran

Bird,R. B., W.E. Stewart, and E.N. Lightfoot, "Transport Phenomena", 2

^nd

ed, John Wiley & Sons, New York, 2002.

Pustaka

4

(5)

SAP

Minggu ke Topik Sub-topik Capaian Pembelajaran

1

Perpindahan Momentum

Hukum Newton tentang viskositas ; Konsep dasar perpindahan momentum dalam fluida mengalir.

Mampu memahami konsep perpindahan momentum

2

Neraca momentum di aliran fluida dalam berbagai geometri.

Mampu membuat neraca momentum dalam fluida mengalir dan memperoleh persamaan gaya geser di dinding saluran dan persamaan kecepatan rata-rata.

3

Persamaan gerak Mampu menggunakan persamaan gerak

untuk memperoleh persamaan gaya geser di dinding saluran dan persamaan

kecepatan rata-rata.

4 Perpindahan momentum di aliran turbulen Mampu menjelaskan hilang tekan dalam fluida mengalir

5 U1: Perpindahan Momentum

5

(6)

SAP

Minggu ke Topik Sub-topik Capaian Pembelajaran

6 Perpindahan Energi

Hukum Fourier ; Konsep dasar perpindahan energi termal.

Mampu memahami konsep perpindahan energi termal

7

Neraca energi di fluida mengalir dalam berbagai geometri

Mampu membuat neraca energi dalam fluida mengalir dan memperoleh profil

temperatur dan persamaan laju/fluks energi termal dalam fluida mengalir.

8

Persamaan energi Mampu menggunakan persamaan energy untuk memperoleh profil temperatur dan persamaan laju/fluks energi termal dalam fluida mengalir.

9 Perpindahan energi termal di aliran turbulen

Mampu menjelaskan perpindahan energi dalam aliran turbulen.

10 U2: Perpindahan Energi

6

(7)

SAP

Minggu ke Topik Sub-topik Capaian Pembelajaran

11 Perpindahan Massa

Hukum Ficks ; Konsep dasar perpindahan massa komponen

Mampu memahami konsep perpindahan massa komponen

12

Neraca massa komponen di aliran fluida dalam berbagai geometri

Mampu membuat neraca massa komponen dalam fluida mengalir dan memperoleh profil konsentrasi dan persamaan laju/fluks energi massa komponen dalam fluida mengalir.

13

Persamaan kontinuitas komponen Mampu menggunakan persamaan kontinuitas komponen untuk

memperoleh profil konsentrasi dan persamaan laju/fluks energi massa komponen dalam fluida mengalir.

14 Perpindahan massa komponen di aliran turbulen

Mampu menjelaskan perpindahan massa dalam aliran turbulen.

15 U3: Perpindahan Massa

16 UAS: Perpindahan Momentum, Energi dan Massa

7

(8)

Bentuk Evaluasi Capaian Pembelajaran

• melalui 4 ujian tulis yaitu UM1 , UM2, UM3, dan UAS.

• bobot keempat ujian tulis adalah sama (masing-masing 25%).

• kuliah daring dengan platform Zoom-meeting dan MS Teams.

• hari Kamis pukul 13.00-15.00

• UM1 - UM - UM3 : dilaksanakan pada jadwal kuliah

• UAS : dilaksanakan sesuai jadwal yang ditetapkan oleh ITB

8

(9)

9

(10)

Perpindahan Momentum

• Momentum = mv

• momentum ada bila benda bergerak

• Benda padat  mudah dibayangkan

• Fluida bergerak  momentum ?

• bias dijelaskan dengan pergerakan fluida diantara 2 pelat sejajar

10

(11)

Gaya  Momentum

Gaya  terkait dengan perubahan momentum persatuan waktu (laju momentum)

11

  mv

dt d dt

m dv ma

F   

(12)

Profil Kecepatan [laminer , tunak]

12

(13)

13

(14)

Satuan

14

(15)

Fluks Momentum Molekular

• selain gaya geser, gaya tekan juga merupakan fluks momentum molekular

• fluks momentum molekular adalah akibat gaya geser dan gaya tekan

15

(16)

16

(17)

j

i bila

0 δ

j

i bila

1 δ

τ

pδ

π

ij ij

ij









17

molekular stress tensor, komponennya viscous stress tensor, komponennya

Kronecker delta

π ~ π

~   ij ij

 ij

(18)

Komponen Tensor

18

(19)

Fluks Momentum Konvektif

• Fluks momentum akibat fluida mengalir dengan kecepatan

• Fluks momentum = konsentrasi momentum x kecepatan

• Komponen fluks momentum x , y dan z adalah:

• Ditulis:

v v

; v v

; v

v

_x



_y



_z



v 

19

v v 

 

(20)

20

(21)

Komponen

Fluks Momentum Konvektif

21

(22)

Gabungan Fluks Momentum Molekular dan Konvektif

ij ij

ij

ij ij

τ

pδ

v v

π

v v















  



22

(23)

Shell Momentum Balances [ laminar & steady flow ]

23

• Momentum  kekal

• Dalam suatu sistem (ruang & waktu)  dapat dibuat neraca momentum

• Tidak ada perubahan terhadap waktu disuatu posisi  steady [tunak, mantap]

(24)

Shell Momentum Balances : syarat batas

24

Neraca momentum  merupakan neraca diferensial  menghasilkan persamaan diferensial  penyelesaiannya memerlukan kondisi dibatas sistem.

Syarat batas yang umum:

(25)

25

(26)

Contoh: Aliran cair di atas bidang miring [ steady & laminar flow ]

26

(27)

27

(28)

28

(29)

29

(30)

30

(31)

31

(32)

Aplikasi ?

32

(33)

33

(34)

Aliran dalam Pipa {steady & laminar }

34

(35)

35

(36)

36

(37)

37

(38)

38

(39)

Aliran dalam Anulus

39