Perpindahan Massa

Perpindahan Massa

KULIAH #1

M. Th. Kristiati. EA, ST, MT Ir. Bambang Bintarto, MT Dewi Asmorowati, ST, MT

Materi

I. Dasar-dasar Perpindahan Massa.

II. Perpindahan Massa Antar Fasa III. Peralatan Perpindahan Massa

Deskripsi :

Mata kuliah ini mempelajari tentang konsep perpindahan massa,

perpindahan massa antar fasa dan peralatan perpindahan massa

Tujuan Instruksional Umum

Setelah mengikuti mata kuliah ini mahasiswa diharapkan mengetahui konsep perpindahan massa,

memahami tentang kapasitas

perpindahan massa serta mengerti

tentang peralatan untuk perpindahan massa

Tujuan Instruksional Khusus

 Mahasiswa diharapkan mengerti tentang definisi dan terminologi dalam perpindahan massa

 Mahasiswa mengetahui tentang konsep perpindahan massa

DASAR-DASAR PERPINDAHAN MASSA

 Perpindahan Massa Molecular

 Difusivitas gas, liquid dan solid

 Kapasitas perpindahan massa gas- cairan

FLUIDA :

Sebagai suatu zat yang mengalami

deformasi (perubahan bentuk) secara terus menerus oleh adanya AKSI dari suatu shear stress.

Bila fluida DIAM, shear stress = 0

FLUIDA

 GAS dan CAIRAN FLUIDA

 “Gelas” diklasifikasikan sebagai FLUIDA, pada suhu normal laju deformasi sangat kecil, sehingga

pertimbangan unt disebut fluida tidak berlaku

DASAR-DASAR TRANSFER MASSA

 Transfer massa adalah gerakan molekul-molekul atau fluida yang

disebabkan adanya gaya pendorong.



Persamaan umum

kecepatan perpindahan/transfer :

 Pada transfer massa, gaya pendorongnya adalah perbedaan konsentrasi.

 Pada transfer panas, gaya pendorongnya adalah perbedaan suhu.

resistance force driving

tahanan dorong n gaya

perpindaha

kec.  

SATUAN

 Hub antara gaya dan massa dapat diekspresikan

dengan pernyataan sbb :

Hukum NEWTON II :

g_c = 32,2 lbm ft/s²lbf

g c

a F m .



PERPINDAHAN MASSA MOLEKULER

 Pada awal 1815, PARROT….

 Mengamati secara kualitatif campuran gas dg. 2 atau lebih jenis molekul

 Konsentrasi relatif bervariasi dari titik ke titik

 Proses alamiah cenderung

mengurangi ketidak merataan komposisi

PERPINDAHAN MASSA MOLEKULER

 Transport massa secara makroskopis, dan tidak tergantung setiap konveksi didalam sistem,

disebut DIFFUSI MOLEKULER (molecular diffusion)

 Difusi molekuler merupakan transfer mssa yang disebabkan gerakan molekuler secara

acak dalam fluida diam, atau dalam fluida yang mengalir secara laminer.

 Transfer molekuler juga disebut transfer molekul dalam satu fase.

PERPINDAHAN MASSA MOLEKULER

 Gerak molekul ini disebabkan karena adanya gradien atau perbedaan

konsentrasi.

 Difusi molekuler dapat terjadi di fluida (gas atau cairan) dan di dalam padatan.

 Difusi molekuler di dalam padatan lebih lambat daripada di dalam fluida, hal ini karena tidak ada gerak padatan dalam padatan.

PERPINDAHAN MASSA MOLEKULER

 Transfer massa (difusi) molekuler dalam fluida diam/laminer mengikuti hukum Fick.

 Ditinjau difusi A dalam campuran biner (A+B) sepanjang Z :

1 ---2 CA1--- CA2 CB1--- CB2 Z1 --- Z2 Dengan CA1 > CA2

Kecepatan perpindahan A dari titik 1 ke titik 2 mengikuti

“Hukum Fick”.

THE FICK RATE EQUATION :

Hukum transfer massa yang

memperlihatkan hubungan antara FLUX dari diffusi suatu zat dan

GRADIEN KONSENTRASI “transfer massa”

THE FICK RATE EQUATION :

THE FICK RATE EQUATION :

THE FICK RATE EQUATION :

THE FICK RATE EQUATION :

KONSENTRASI :

Gambar 1. Elemen Volume Yang Mengandung Campuran Multikomponen

Mol Species B

Mol Species A

Mol Species C

KONSENTRASI :

 Unt komponen A, konsentrasi massa,



A, didefinisikan sebagai massa A dibagi dengan satu unit volume campuran

 Total konsentrasi massa atau density,

,

adalah total massa dari campuran yang terkandung dalam unit volume

KONSENTRASI :







ⁿ

i 1



1



n = jumlah komponen dalam campuran

(1)

KONSENTRASI :

 Fraksi massa, _A, adalah

konsentrasi

massa komponen A dibagi dgn total densitas massa :









_n



^A

i

A



A





1 1

……….. (2)

KONSENTRASI :

 Secara definisi jumlah fraksi massa adalah = 1



 n



i

i 1

 1

KONSENTRASI :

 Konsentrasi molar komponen A, C_A,

didefinisikan sebagai jumlah mol komponen A yang ada dalam

setiap unit volume campuran.

Konsentrasi massa

dan konsentrasi molar mempunyai hubungan sbb :

A A A

C  M 

M

n  m

KONSENTRASI :

 Untuk fasa gas,

konsentrasi sering dinyatakan dalam term TEKANAN

PARSIAL.

 Untuk gas ideal berlaku :

RT n

V

P A  A

RT P V

C

_A

 n

^A



^A

KONSENTRASI :

Sehingga konsentrasinya adalah :

P_A = Tekanan parsial komponen A adalam campuran n_A = Jumlah mol komponen A

V = Volume gas

T = Temperatur Absolut

KONSENTRASI :

 Total konsentrasi molar C, adalah

total mol campuran yang terkandung

didalam suatu unit

volume :





 n

i

C i

C

1

KONSENTRASI :

 Untuk campuran gas, yang

mengikuti gas ideal,

RT P V

C  n

^total



Dimana P adalah tekanan total

KONSENTRASI :

 Fraksi mol untuk campuran cairan

atau padat, X_A, dan untuk campuran

gas Y_A, adalah

konsentrasi molar komponen A,

dibagi dengan total density molar

C X

_A

 C

^A

C Y

_A

 C

^A

(Liquid dan solid)

(Gas)

KONSENTRASI :

 Untuk camp gas

yang mengikuti gas ideal, fraksi mol Y_A ditulis dalam term tekanan

P P P RT RT

P C

Y C

^A

A

A



A

 

Pers diatas merepresentasikan HUKUM DALTON

KONSENTRASI :



 n



i

X

i 1

1 

 n



i

Y

i 1

1

Jumlah fraksi mol secara definisi harus sama dengan 1

TABEL

KONSENTRASI DALAM

CAMPURAN BINER

A DAN B

Contoh 1 :

Komposisi udara seringkali diberikan dlm dua term camp gas berikut :

Oksigen, O₂, Y_O2 = 0,21 Nitrogen, N2, YN2 = 0,79

Tentukan fraksi massa oksigen dan

nitrogen dan berat molekul rata-rata udara

bila udara berada pada 25^o (298 K) dan 1 atm (1,013 x 10⁵ Pa)

Berat molekul oksigen 0,032 kg/mol Berat molekul nitrogen 0,028 kg/mol

Penyelesaian :

Sbg basis perhit diambil/diasumsi 1 mol campuran gas Jumlah oksigen = (1 mol)(0.21)= 0.21mol

= (0.21 mol)0.032 kg/m = 0.00672 kg

Jumlah nitrogen = (1 mol)(0.79)= 0.79mol = (0.79 mol)0.028 kg/m = 0.0221 kg

Jumlah massa = 0.00672 + 0.0221 = 0.0288 kg O2 = 0.00672/0.0288 = 0.23

N2 = 0.0221/0.0288 = 0.77

Penyelesaian :

 Karena 1 mol camp gas mempunyai massa 0.0288 kg, maka berat

molekul rata-rata harus = 0.0288

 Kita ketahui, bahwa dalam

perhitungan (+ komponen-komponen lain selain O₂ & N₂), berat mol udara adalah 0.029 kg/mol

Penyelesaian :

 Problem ini juga dapat diselesaiakan dengan Hukum gas ideal, PV = nRT Pada kondisis ideal :

T = 0 ^oC atau 273K

P = 1 atm atau 1.013 x 10⁵ Pa

Penyelesaian :

 Konstanta gas R adalah :

mol)(273K) kg

(1

) m 4 , 22 )(

Pa 10

x 013 .

1

( ^{5 3}



 nT R PV

K mol 314 Pa.m

. 8

 3

Penyelesaian :

 Volume campuran gas pada 298 K adalah :

Pa 10

x 013 .

1

) K 298 K)(

mol m mol)(8.314 Pa

(1 P

nRT

5 3



 V

= 0.0245 m3

Penyelesaian :

 Konsentrasinya adalah :

3 2 2 3

m O 57 mol

. m 8

0245 .

0

mol 21

.

0 

 CO

3 2 2 3

m O 3 mol

. m 32

0245 .

0

mol 79

.

0 

 CN

Penyelesaian :

 Total density, , adalah :

3 3 1.180 kg/m m

0.0245

kg 0288

.

0 





kg/mol 0288

. mol/kg 0

9 , 40

kg/m 180

.

1

³





 C

M 

Penyelesaian :

 Sehingga berat molekul :

kg/mol 0288

. mol/m 0

40.9

kg/m 180

. 1

3 3 



 C

M 