Laporan Praktikum Khusus Pengaruh Laju
LAPORAN
PRAKTIKUM KHUSUS OPERASI TEKNIK KIMIA
PENGARUH LAJU UDARA TERHADAP LAJU PENYUBLIMAN
ZAT PADAT
Disusun oleh:
Daniel Christianto Setyo Prihangkoso
NIM. 14/363234/TK/41412
Dosen Pembimbing:
Dr. Ir. Aswati Mindaryani, M.Sc.
NIP. 19610306 198503 2 001
LABORATORIUM PROSES PEMISAHAN
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS GADJAH MADA
YOGYAKARTA
2017
LAPORAN PRAKTIKUM KHUSUS OPERASI TEKNIK KIMIA
PENGARUH LAJU UDARA TERHADAP LAJU PENYUBLIMAN
ZAT PADAT
Disusun oleh :
Nama
NIM
Tanda tangan
Daniel Christianto Setyo P.
14/363497/TK/41613
Yogyakarta, 26 Mei 2017
Asisten 1,
Asisten 2,
Aulia Azka Januartrika
M. Noor Ridho Aji
13/348223/TK/40834
13/348346/TK/40892
Dosen Pembimbing Praktikum,
Koordinator Praktikum OTK,
Dr. Ir. Aswati Mindaryani, M.Sc.
Dr. Ir. Edia Rahayuningsih, M.S.
NIP. 19610306 198503 2 001
NIP. 19600730 198503 2 002
DAFTAR ISI
BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................................... 1
A. Judul Percobaan ......................................................................................................... 1
B.
Latar Belakang ........................................................................................................... 1
C.
Tujuan Percobaan ...................................................................................................... 1
D. Tinjauan Pustaka ........................................................................................................ 2
BAB II PELAKSANAAN PERCOBAAN ........................................................................... 6
A. Bahan Percobaan ....................................................................................................... 6
B.
Rangkaian Alat Percobaan ......................................................................................... 6
C.
Cara Kerja .................................................................................................................. 6
BAB III HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN .................................................... 10
BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 13
A. Kesimpulan .............................................................................................................. 13
B.
Saran ........................................................................................................................ 13
BAB V DAFTAR PUSTAKA............................................................................................. 14
BAB VI LAMPIRAN .......................................................................................................... 15
A. Data Percobaan ........................................................................................................ 15
B.
Perhitungan .............................................................................................................. 16
BAB I
PENDAHULUAN
A. Judul Percobaan
Pengaruh Laju Udara terhadap Laju Penyubliman Zat Padat
B. Latar Belakang
Peristiwa sublimasi yang mengakibatkan berpindahnya massa dari fase padat
menuju fase gas merupakan salah satu mekanisme yang dimanfaatkan sebagai dasar
suatu proses dalam industri kimia, salah satunya proses pemisahan. Contoh klasik dari
sublimasi adalah pada proses pembuatan kapur barus, di mana campuran kapur barus
dan arang dipanaskan sehingga sebagian besar massa kapur barus tertransfer ke fase gas,
kemudian dengan pendinginan kapur barus akan didapatkan kembali dalam fase
padatnya. Tidak hanya pada proses pemisahan, contoh yang lain adalah pada dry ice
(karbon dioksida padat) yang dimanfaatkan sebagai media pendingin yang dapat
berubah wujud langsung dari fase padat menjadi fase gas melalui mekanisme sublimasi.
Pemahaman konsep mengenai sublimasi dan faktor-faktor yang berhubungan erat
dengannya mempengaruhi keberhasilan desain dan kontrol proses yang akan dijalankan
yang berkaitan dengan mekanisme sublimasi. Terdapat beberapa faktor yang
berpengaruh terhadap sublimasi. Pada periode awal, penelitian memfokuskan pada
analisis efek dari struktur permukaan bahan terhadap sublimasi. Setelah itu, fokus lebih
kepada pengembangan dari sisi modeling dan pembuktiannya secara eksperimental.
Salah satu faktor yang mempengaruhi peristiwa sublimasi adalah kecepatan alir
udara di permukaan bahan yang menyublim. Sifat-sifat aliran baik laminar, transisi,
maupun turbulen yang bergantumg pada kecepatan aliran mempengaruhi laju transfer
massa dari permukaan padatan ke udara. Penelitian ini bertujuan memahami pengaruh
tersebut sehingga didapat hubungan antara kecepatan sublimasi dan parameter laju alir
udara. Dengan menggunakan bahan naftalena, diharapkan pengaruh laju alir udara
terhadap laju pengurangan massa naftalena dapat dijadikan model hubungan antara
kecepatan sublimasi secara umum dengan laju alir udara.
C. Tujuan Percobaan
Tujuan dari percobaan ini adalah:
1.
Mengetahui pengaruh kecepatan laju alir udara terhadap kecepatan sublimasi
naftalena.
2.
Menentukan nilai koefisien transfer massa untuk masing-masing kecepatan laju
alir udara pada sublimasi naftalena.
1
D. Tinjauan Pustaka
Perpindahan massa diibaratkan sebagai perpindahan fluks dari satu tempat ke
tempat tertentu, salah satu bentuk dari transfer massa adalah sublimasi. Sublimasi adalah
proses perubahan wujud zat dari padat ke gas atau dari gas ke padat. Peristiwa sublimasi
ini dengan mudah diamati di sekitar kehidupan manusia, yaitu sublimasi gas belerang
pada kawah gunung berapi, sublimasi kapur barus, dan lain-lain. Selain itu, sublimasi
juga banyak diaplikasikan di dunia industri khususnya pada pemurnian campuran. Salah
satu bahan yang mengalami proses sublimasi adalah naftalena.
Naftalena dapat menyebabkan iritasi dan korosif. Tetapi karena bahan terkandung
dalam kapur barus tidak semuanya mengandung naftalena, bahan tersebut dikategorikan
aman. Tetapi, untuk perhitungan tekanan jenuh, diasumsikan memakai bahan naftalena.
Gambar 1. Struktur Kimia Naftalena
Sifat-sifat fisis dari naftalena dirangkum dalam tabel sebagai berikut :
Daftar I. Sifat-sifat Fisis Naftalena
Rumus senyawa
C10H8
Berat molekul
128,17 gram/mol
Titik leleh
80,2 oC
Titik beku (di udara pada 1,01325 bar)
80,285 oC
Titik tripel
80,28 oC
Titik didih normal (di udara pada 1,01325
bar)
217,993 oC
Entalpi sublimasi
70,36 kJ/mol
Suhu kritis
472,5 oC
Tekanan kritis
51 bar
Volume kritis
4,13 x 10-4 m3/mol
Densitas cairan (pada 1,01325 bar)
•
Pada suhu 80,23 oC
0,978 kg/m3
•
Pada suhu 120 oC
0,946 kg/m3
•
Pada suhu 130 oC
0,938 kg/m3
Konduktivitas termal padatan
0,333 W/(m.K)
Densitas padatan (pada suhu 20 ℃)
1.175,0 kg/m3
(Kuchadker, 1978)
2
Transfer Massa dari Padat Menuju Gas
Gambar 2. Skema Transfer Massa dari Padat Menuju Gas
Kecepatan perpindahan solut (dalam hal ini yaitu naftalena) adalah sebagai berikut:
NA = k c (CAS − CA )
dengan NA
kc
(1)
= kecepatan perpindahan solut, kg/s.m2
= koefisien transfer massa, m/s
CAS = konsentrasi A jenuh, mol
CA
= konsentrasi A di badan utama gas, mol
Neraca massa naftalena
Gambar 3. Skema Neraca Massa Naftalena
Laju massa masuk − laju massa keluar = laju massa akumulasi
dengan
k C (CAS − CA ) A =
dn
dt
CA
= konsentrasi zat padat pada sekitar, gmol/cm3
A
= luas bola naftalena, cm2
(2)
CAs = konsentrasi zat jenuh pada interface, mol/m3
BM = berat molekul relatif naftalena, kg/mol
3
dn
= kecepatan zat padat yang hilang setiap saat, gmol/(cm3.s)
dt
Dianggap nilai CA = 0, karena konsentrasi naftalena di udara tidak ada.
k C CAs A =
dn
dt
k C CAs A BM =
dm
dt
(3)
Nilai dari CAs dapat dihitung dengan persamaan gas ideal.
PAs . V = nAs . R. T
PAs
nAs
=
RT
V
CAs =
PAs
(4)
RT
dm
PAs
= kC
A BM
dt
RT
dengan PAs = tekanan jenuh dari naftalena, atm
T
= kondisi suhu di lingkungan, K
R
= 0,0082 L.atm/(mol.K)
Kondisi suhu dijaga konstan T = 28 °C = 301 K. Dalam percobaan ini, digunakan
kapur barus. Kapur barus dapat diasumsikan bahan yang digunakan naftalena. Nilai PAs
dapat ditentukan melalui persamaan Antoine (Elliot & Lira, 1999) sebagai berikut:
log P = A −
B
T+C
(5)
dengan A = 8,62233
B = 2165,72
C = 198,284
T = suhu udara, oC
P = tekanan naftalena jenuh, mmHg
Hubungan antara kecepatan alir gas udara dengan fungsi k c dapat dihubungkan
melalui kelompok tak berdimensi (KTD), yakni terdiri dari bilangan Sherwood,
bilangan Reynolds, dan bilangan Schmidt.
f(Sh) = k1 . f(Sc). f(Re)
Sh = k1 . (Sc)c1 (Re)c2
dengan Sh =
Sc =
Re =
kC
Dp
kC Dp
DAB
μn
ρn DAB
ρu vDp
μu
(6)
(7)
(8)
(9)
= koefisien transfer massa dari padat ke gas, m/s
= diameter tabung, m
4
DAB = koefisien difusivitas, m2/s
μu
μn
ρn
ρu
= viskositas udara, kg/m/s
= viskositas naftalena, kg/m/s
= massa jenis naftalena, kg/m3
= massa jenis udara, kg/m3
v
= kecepatan aliran udara, m/s
Sehingga, persamaan kelompok tak berdimensi menjadi
kC Dp
DAB
= k1 (
ρu v Dp c1
μu
) (
μn
ρn DAB
)c2
(10)
Persamaan tersebut diregresi, sehingga didapatkan hubungan antara koefisien
transfer massa dengan kecepatan laju udara dalam satu waktu.
5
BAB II
PELAKSANAAN PERCOBAAN
A. Bahan Percobaan
Bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah:
1. Bola naftalena Swallow produksi PT. Suryamas Mentari, Jakarta;
2. Kawat
B. Rangkaian Alat Percobaan
Keterangan :
7
8
5
6
9
2
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Kompresor
Selang
Tangki air
Manometer
Tabung
Naftalena
Klem
Tali penggantung
Statif
4
3
1
Gambar 4. Rangkaian Alat Penyubliman Padatan
C. Cara Kerja
1. Penimbangan naftalena
Berat gelas arloji diukur dengan neraca analitis digital, kemudian berat kosongnya
dicatat. Satu bola naftalena ditaruh ke atas gelas arloji, kemudian diukur beratnya.
Dengan demikian, dapat diperoleh berat mula-mula naftalena.
2. Pengukuran diameter awal
Diameter bola naftalena diukur dengan menggunakan jangka sorong, kemudian
hasil pengukurannya dicatat. Hal yang sama juga dilakukan untuk tabung (diameter
dalam) dan selang fluida.
3. Pengaliran udara untuk sublimasi naftalena
Botol besar harus dipastikan berisi air yang cukup untuk menggelembungkan udara.
Bola naftalena digantung/diikat pada tali yang sudah dipasang dengan kayu atau
6
statif, kemudian diatur supaya bola naftalena ada di dalam tabung. Kran kompresor
dibuka, kemudian laju udara masuk tabung diatur hingga beda tinggi cairan
manometer sebesar 4,0 cm. Ketika beda tinggi cairan manometer telah mencapai 4,0
cm, proses pengaliran udara dimulai. Proses pengaliran udara ditunggu hingga t = 10
menit. Kompresor udara dimatikan, lalu bola naftalena diambil dan ditimbang
kembali pada gelas arloji dengan neraca analitis digital. Langkah yang sama diulangi
selama 5 kali, sehingga didapatkan 5 data untuk satu kecepatan aliran udara yang
sama. Bola naftalena digantung/diikat kembali pada tali, kemudian langkah yang
sama dilakukan dengan laju udara berbeda, yakni ketika beda tinggi pada manometer
sebesar 6,0 cm dan 8,0 cm.
D. Analisis Data
1. Perhitungan konsentrasi naftalena jenuh
Nilai PAS dapat ditentukan melalui persamaan Antoine (Elliot & Lira, 1999) sebagai
berikut:
log PAS = = A −
B
(5)
T+C
dengan A
= 8,62233
B
= 2165,72
C
= 198,284
T
= suhu udara, oC
PAS = tekanan naftalena jenuh, mmHg
Konsentrasi uap naftalena dalam keadaan jenuh dihitung dengan persamaan:
CAS =
PAS
(4)
RT
dengan CAS = konsentrasi uap jenuh naftalena, mol/m3
R
= 8,314 m3.Pa/(mol.K)
T
= suhu udara, K
2. Menghitung nilai koefisien transfer massa
Neraca massa naftalena
Laju massa masuk − laju massa keluar = laju massa akumulasi
0 − k C (CAS − CA )A =
4
dengan mA = ρ πR3
3
dmA
dt
dnA
dt
= −k C ∙
PAS
R.T
∙ A ∙ BM
(3)
3 mA
3
R= √
∙
ρ 4π
7
sehingga apabila diketahui bahwa
A = 4πR2
diperoleh
2
mA 3 3
A = 4π (
∙ )
ρ 4π
maka
∫
mA2
mA1
2
PAs
mA 3 3
dmA
= −k C ∙
∙ 4π (
∙ ) ∙ BM
RT
ρ 4π
dt
dmA
2
mA 3
2
t2
PAs
3 3
= −k C ∙
∙ 4π (
) ∙ BM ∫ dt
RT
4πρ
t1
kC =
dengan k C
PAs
1
1
3(mA1 3 −mA2 3 )
(11)
2
PAs
3 3
∙4π(
∙BM∙∆t
)
R.T
4πρ
= koefisien perpindahan massa, m/s
= tekanan uap jenuh naftalen, atm
BM = berat molekul naftalena = 128,1705 gram/mol
mA
= massa naftalena, gram
A
= luas permukaan naftalen, m2
T
= kondisi suhu di lingkungan, K
R
= 0,0082 L.atm/(mol.K)
Diperoleh lima nilai kc, sehingga nilai kc untuk masing-masing laju alir udara
dihitung dengan persamaan berikut:
kc1 +kc2 +kc3 +kc4 +kc5
̅̅̅c =
k
(12)
5
3. Analisis Kelompok Tak Berdimensi (KTD)
Sh = k1 . ScC1 . ReC2
kC Dn
DAB
ρu v Dn
= k1 (
μu
(6)
c1
) (ρ
μn
n DAB
)c2
Bilangan Schmidt konstan karena suhu diasumsikan konstan, sehingga kc merupakan
fungsi bilangan Reynolds.
(
kC ∙Dn
DAB
) = k2 (
ρu v Dn
μu
C2
)
ln k C = ln k 2 + C2 . ln (
ρu v Dn
μu
)
(14)
ρu Dn
ln k C = k 3 + C2 . [ln(v) + ln (
μu
)]
8
ln k C = k 4 + C2 . ln(v)
dengan Dp
(15)
= diameter tabung, m
k1, k2, k3, k4 = konstanta
v
= laju alir udara, m/s
μu
= viskositas udara, kg/(m.s)
ρu
= densitas udara, kg/m3
4. Hubungan Laju Alir Udara dengan Harga kc
Persamaan (15) dapat dianalogikan sebagai
m = p + q. n
(9)
dengan m = ln kc
p = k4
q = C2
n = ln (v)
̅̅̅c ) hasil perhitungan persamaan (6)
Selanjutnya dilakukan plot data antara ln (k
dengan ln(v) untuk tiap laju alir. Dengan menggunakan fitur linierisasi dari Microsoft
Excel, diperoleh masing-masing nilai p dan q, sehingga diperoleh pula persamaan
yang menunjukkan hubungan laju alir udara dengan harga kc.
9
BAB III
HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
Sublimasi merupakan peristiwa transfer massa dari fase padat ke fase gas. Fenomena ini
dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain:
1. Difusivitas bahan
Semakin mudah suatu bahan mendifusi ke udara maka laju transfer massanya juga
semakin besar.
2. Tekanan uap jenuh bahan
Semakin tinggi tekanan uap jenuh bahan maka laju penyubliman akan semakin besar.
3. Suhu
Secara umum naiknya suhu akan menaikkan tekanan uap jenuh bahan, sehingga juga
menaikkan laju transfer massanya.
4. Perbedaan konsentrasi bahan di udara terhadap konsentrasi jenuhnya.
Percobaan ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh laju alir udara terhadap laju
penyubliman zat padat, dengan menggunakan naftalena. Naftalena dipilih karena nilai
difusivitasnya ideal untuk dilakukan pengamatan, artinya tidak memerlukan waktu yang
lama untuk mengetahui perubahan massanya. Percobaan untuk menentukan pengaruh laju
alir udara terhadap laju penyubliman zat padat dilakukan dengan asumsi-asumsi sebagai
berikut:
1. Suhu sistem konstan selama percobaan terjaga konstan.
2. Udara merupakan gas ideal.
3. Tekanan udara parsial naftalena di udara sama dengan nol (PA = 0) karena udara yang
disuplai compressor merupakan udara bebas naftalena sehingga konsentrasi
naftalena di udara (pada r tak terhingga) sama dengan nol dan naftalena yang
menyublim langsung dibuang keluar.
4. Suhu udara dan naftalena dianggap konstan sehingga densitas naftalena dan tekanan
uap jenuh naftalena konstan.
5. Tidak ada kesalahan dalam peneraan massa naftalena. Naftalena yang ditimbang
dapat kehilangan massa selama proses pemindahan dari alat percobaan ke neraca
analitis digital dan sebaliknya.
6. Naftalena yang digunakan merupakan naftalena murni tanpa tambahan zat lainnya.
7. Penyusutan luas permukaan pada naftalena selama penyubliman dapat diabaikan,
sehingga diameter naftalena dianggap tetap.
Naftalena digantungkan di dalam sebuah tabung, dipilih tabung dengan diameter yang
tidak terlalu besar agar laju linier udara tidak terlalu kecil dan akumulasi konsentrasi
10
naftalena pada tabung tidak terjadi. Sebuah wadah pendingin juga digunakan untuk menjaga
suhu keluar kompresor selalu tetap, dengan demikian pengaruh suhu dapat diabaikan.
Laju penyubliman naftalena direpresentasikan oleh suatu koefisien transfer massa (kc,
m/s) di mana semakin besar nilai kc maka suatu bahan akan lebih cepat menyublim.
Berdasarkan percobaan ini diperoleh nilai kc untuk masing-masing variasi laju alir udara (v)
sebagai berikut:
1) v = 0,0945m/s ; kc = 0,0052m/s
2) v = 0,3261m/s ; kc = 0,0060m/s
3) v = 0,9321m/s ; kc = 0,0068m/s
Berdasarkan data tersebut, dibuat linearisasi persamaan hubungan antara nilai v dan kc
dan dibuat grafik sebagai berikut:
-4,95
y = 0,1186x - 4,9765
R² = 0,9999
-5,00
ln Kc
-5,05
-5,10
-5,15
-5,20
-5,25
-5,30
-2,5
-2,0
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
ln v
Gambar 5. Hubungan Laju Alir Udara terhadap Laju Penyubliman Zat Padat
Berdasarkan grafik di atas, diketahui bahwa semakin besar laju alir udara maka nilai
koefisien transfer massanya juga semakin besar. Dengan adanya udara yang mengalir secara
terus-menerus dan tersirkulasi maka konsentrasi jenuh bahan di udara dapat dihindari
sehingga driving force transfer massanya selalu besar. Naiknya laju alir udara juga
menyebabkan nilai Bilangan Reynolds menjadi besar, di mana berdasarkan persamaan
empirisnya pada persamaan (14) bilangan Reynolds juga sebanding dengan nilai koefisien
transfer massanya.
Setelah dilakukan linearisasi diperoleh persamaan hubungan v dan kc sebagai berikut :
ln k c = 0,1186(ln v) − 4,9756
dengan nilai R2 = 0,9999 maka dapat disimpulkan bahwa model yang dihasilkan dari
percobaan sudah baik. Hal ini juga mengindikasikan bahwa aumsi-asumsi yang digunakan
pada percobaan ini sudah tepat.
11
Ada beberapa hal yang menyimpang dari teori, yaitu untuk kecepatan yang sama
seharusnya semakin lama laju perubahan massanya semakin kecil atau nilai kc-nya
berkurang karena luas transfer massanya yang berkurang akibat diameter semakin kecil.
Berdasarkan hasil yang diperoleh, hal itu tidak terjadi di mana nilai kc untuk laju udara yang
sama berfluktuasi. Hal ini dapat terjadi karena laju udara yang tidak konstan.
12
BAB IV
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil pada percobaan ini adalah:
1. Laju alir udara mempengaruhi kecepatan penyubliman, di mana semakin cepat laju
alir udara maka kecepatan penyubliman semakin besar.
2. Nilai koefisien transfer massa untuk masing-masing variasi laju alir udara sebagai
berikut:
a) v = 0,0945 m/s ; kC = 0,0052 m/s
b) v = 0,3261 m/s ; kC = 0,0060 m/s
c) v = 0,9321 m/s; kC = 0,0068 m/s
3. Persamaan hubungan antara laju alir udara (v) dan nilai koefisien transfer massa
naftalena (kc) adalah sebagai berikut:
ln k c = 0,1186(ln v) − 4,9756
B. Saran
Saran yang dapat diberikan dari percobaan ini adalah:
1. Percobaan selanjutnya dapat dilakukan dengan variasi suhu sehingga dapat
digunakan untuk membandingkan faktor apa yang lebih berpengaruh pada kecepatan
sublimasi.
2. Dapat dicoba menggunakan bahan selain naftalena sehingga dapat digunakan untuk
membandingkan pengaruh laju alir udara terhadap laju penyubliman dua bahan atau
lebih yang berbeda.
3. Dapat digunakan kompresor yang mempunyai daya lebih besar sehingga
menghasilkan laju alir yang lebih cepat sehingga tidak diperlukan waktu yang lama
untuk melakukan percobaan.
4. Instalasi selang dirangkai dengan lurus sehingga pressure drop tidak terlalu besar.
5. Menambah jumlah variasi kecepatan.
13
BAB V
DAFTAR PUSTAKA
Brown, G.G., 1978. “Unit Operations”, pp. 518. CBS, New Delhi.
Cussler, E.L., 2007. "Diffusion Mass Transfer in Fluid System", 3rd edition, pp. 274-277.
Cambridge University Press, United Kingdom.
Kudchadker, A.P., Kudchadker, S.A., Wilhoit, R.C., 1978, “Naphthalene”. API Monograph,
Ser. 707, American Petroleum Institute, Washington, D.C.
McCabe dkk. 1983. “Operasi Teknik Kimia”, edisi keempat, jilid Kedua. Jakarta: Erlangga.
Treybal, R., 1981. "Mass Transfer Operations", pp. 24-26, 49, 106. McGraw-Hill Book
Company, Singapore.
14
BAB VI
LAMPIRAN
A. Data Percobaan
Hari, tanggal
: Rabu, 24 Mei 2017
Suhu percobaan
: 28 oC
Diameter tabung : 5,53 cm
Waktu siklus
: 600 detik
1. Kondisi 1
Beda tinggi manometer
= 4,0 cm
Massa gelas arloji
= 22,3056 gram
Daftar II. Data Percobaan pada Perlakuan Pertama
Menit ke-
Diameter naftalena, cm
Massa gelas arloji + naftalena, gram
0
3,83
52,7485
10
3,81
52,7358
20
3,78
52,7282
30
3,76
52,7191
40
3,67
52,7074
50
3,66
52,6976
2. Kondisi 2
Beda tinggi manometer
= 6,0 cm
Massa gelas arloji
= 22,3056 gram
Daftar III. Data Percobaan pada Perlakuan Kedua
Menit ke-
Diameter naftalena, cm
Massa gelas arloji + naftalena, gram
0
3,83
54,2845
10
3,82
54,2704
20
3,81
54,2595
30
3,80
54,2493
40
3,80
54,2373
50
3,80
54,2237
3. Kondisi 3
Beda tinggi manometer
= 8,0 cm
Massa gelas arloji
= 22,9189 gram
15
Daftar IV. Data Percobaan pada Perlakuan Ketiga
Menit ke-
Diameter naftalena, cm
Massa gelas arloji + naftalena, gram
0
3,77
53,9273
10
3,72
53,9067
20
3,69
53,8944
30
3,68
53,8856
40
3,60
53,8761
50
3,60
53,8597
B. Perhitungan
1. Perhitungan konsentrasi naftalena jenuh
Nilai PAs dihitung dengan persamaan (5) sebagai berikut:
2165,72
log PAs = 8,62233 −
28 + 198,284
log PAs = −0,9485
Sehingga diperoleh nilai PAs sebesar
PAs = 0,1126 mmHg = 15,0116 Pa
Konsentrasi uap naftalena dihitung dengan persamaan (4) berikut:
15,0116 Pa
CAs =
m3 Pa
8,314
. 301,1500 K
mol. K
mol
CAs = 0,0060 3
m
2. Menghitung laju alir udara
Debit alir udara dihitung dengan persamaan empiris sebagai berikut:
Q = C0 + C1 . H + C2 . H 2 + C3 . H 3 + C4 . H 4 + C5 . H 5
(16)
dengan C0 = -0,02225682
C1 = 0,1130436
C2 = -0,05845913
C3 = 0,01588013
C4 = -0,00147744
C5 = 9,21338.10-5
Q
= debit aliran udara, L/s
Contoh perhitungan pada kondisi perlakuan pertama:
Q1 = −0,02225682 + 0,1130436 ∙ 4 + (−0,05845913) ∙ 42 + 0,0158013
∙ 43 + (−0,00147744) ∙ 44 + 9,21338 ∙ 45
m3
L
Q1 = 0,2270 = 0,0002
s
s
16
Adapun perhitungan laju alir dapat dihitung dengan persamaan berikut:
v=
Q
(17)
A
Contoh perhitungan untuk kecepatan pertama:
m3
0,0002 s
m
= 0,0945
v1 = π
s
(0,0553 m)2
4
Dengan cara yang sama, diperoleh hasil perhitungan sebagai berikut:
Daftar V. Hasil Perhitungan Laju Alir Udara
Beda ketinggian
manometer, cm
Diameter
tabung, cm
Laju alir
udara, m/s
4,0
0,0945
6,0
5,53
0,3261
8,0
0,9321
3. Menghitung nilai koefisien transfer massa
Nilai koefisien transfer massa untuk masing-masing kecepatan pada tiap periode
dihitung dengan persamaan (11). Contoh perhitungan berdasarkan data (1) dan (2)
pada Daftar II:
k C1 =
1
1
3 (52,73583 − 52,73583 )
2
3
g
mol
3
∙ 4π (
g ) ∙ 128,1705 mol ∙ 600 s
m3
4π ∙ 1175000 3
m
m
k C1 = 0,0065
s
Dengan cara yang sama, diperoleh data kc untuk setiap periode untuk masing-masing
0,0060
laju alir fluida dan rerata dari persamaan (12) sebagai berikut:
Daftar VI. Hasil Perhitungan Hubungan Laju Alir Fluida Terhadap Nilai kc
Data
Nilai kc, m/s
v = 0,0945 m/s
v = 0,3261 m/s
v = 0,9321 m/s
kC1
0,0065
0,0070
0,0104
kC2
0,0039
0,0054
0,0062
kC3
0,0047
0,0051
0,0045
kC4
0,0060
0,0060
0,0048
kC5
0,0050
0,0067
0,0083
̅̅̅𝑐
𝑘
0,0052
0,0060
0,0068
17
4. Analisis Kelompok Tak Berdimensi (KTD)
̅̅̅𝑐 ) hasil perhitungan persamaan (6) dengan ln(v) diplot pada grafik
Data ln (𝑘
dengan bantuan software Microsoft Excel. Selanjutnya dibuat trendline linier untuk
memperoleh persamaan linierisasi. Berdasarkan hasil percobaan, diperoleh
persamaan:
ln(k C ) = 0,1186 ln(v) − 4,9765
18
PRAKTIKUM KHUSUS OPERASI TEKNIK KIMIA
PENGARUH LAJU UDARA TERHADAP LAJU PENYUBLIMAN
ZAT PADAT
Disusun oleh:
Daniel Christianto Setyo Prihangkoso
NIM. 14/363234/TK/41412
Dosen Pembimbing:
Dr. Ir. Aswati Mindaryani, M.Sc.
NIP. 19610306 198503 2 001
LABORATORIUM PROSES PEMISAHAN
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS GADJAH MADA
YOGYAKARTA
2017
LAPORAN PRAKTIKUM KHUSUS OPERASI TEKNIK KIMIA
PENGARUH LAJU UDARA TERHADAP LAJU PENYUBLIMAN
ZAT PADAT
Disusun oleh :
Nama
NIM
Tanda tangan
Daniel Christianto Setyo P.
14/363497/TK/41613
Yogyakarta, 26 Mei 2017
Asisten 1,
Asisten 2,
Aulia Azka Januartrika
M. Noor Ridho Aji
13/348223/TK/40834
13/348346/TK/40892
Dosen Pembimbing Praktikum,
Koordinator Praktikum OTK,
Dr. Ir. Aswati Mindaryani, M.Sc.
Dr. Ir. Edia Rahayuningsih, M.S.
NIP. 19610306 198503 2 001
NIP. 19600730 198503 2 002
DAFTAR ISI
BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................................... 1
A. Judul Percobaan ......................................................................................................... 1
B.
Latar Belakang ........................................................................................................... 1
C.
Tujuan Percobaan ...................................................................................................... 1
D. Tinjauan Pustaka ........................................................................................................ 2
BAB II PELAKSANAAN PERCOBAAN ........................................................................... 6
A. Bahan Percobaan ....................................................................................................... 6
B.
Rangkaian Alat Percobaan ......................................................................................... 6
C.
Cara Kerja .................................................................................................................. 6
BAB III HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN .................................................... 10
BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 13
A. Kesimpulan .............................................................................................................. 13
B.
Saran ........................................................................................................................ 13
BAB V DAFTAR PUSTAKA............................................................................................. 14
BAB VI LAMPIRAN .......................................................................................................... 15
A. Data Percobaan ........................................................................................................ 15
B.
Perhitungan .............................................................................................................. 16
BAB I
PENDAHULUAN
A. Judul Percobaan
Pengaruh Laju Udara terhadap Laju Penyubliman Zat Padat
B. Latar Belakang
Peristiwa sublimasi yang mengakibatkan berpindahnya massa dari fase padat
menuju fase gas merupakan salah satu mekanisme yang dimanfaatkan sebagai dasar
suatu proses dalam industri kimia, salah satunya proses pemisahan. Contoh klasik dari
sublimasi adalah pada proses pembuatan kapur barus, di mana campuran kapur barus
dan arang dipanaskan sehingga sebagian besar massa kapur barus tertransfer ke fase gas,
kemudian dengan pendinginan kapur barus akan didapatkan kembali dalam fase
padatnya. Tidak hanya pada proses pemisahan, contoh yang lain adalah pada dry ice
(karbon dioksida padat) yang dimanfaatkan sebagai media pendingin yang dapat
berubah wujud langsung dari fase padat menjadi fase gas melalui mekanisme sublimasi.
Pemahaman konsep mengenai sublimasi dan faktor-faktor yang berhubungan erat
dengannya mempengaruhi keberhasilan desain dan kontrol proses yang akan dijalankan
yang berkaitan dengan mekanisme sublimasi. Terdapat beberapa faktor yang
berpengaruh terhadap sublimasi. Pada periode awal, penelitian memfokuskan pada
analisis efek dari struktur permukaan bahan terhadap sublimasi. Setelah itu, fokus lebih
kepada pengembangan dari sisi modeling dan pembuktiannya secara eksperimental.
Salah satu faktor yang mempengaruhi peristiwa sublimasi adalah kecepatan alir
udara di permukaan bahan yang menyublim. Sifat-sifat aliran baik laminar, transisi,
maupun turbulen yang bergantumg pada kecepatan aliran mempengaruhi laju transfer
massa dari permukaan padatan ke udara. Penelitian ini bertujuan memahami pengaruh
tersebut sehingga didapat hubungan antara kecepatan sublimasi dan parameter laju alir
udara. Dengan menggunakan bahan naftalena, diharapkan pengaruh laju alir udara
terhadap laju pengurangan massa naftalena dapat dijadikan model hubungan antara
kecepatan sublimasi secara umum dengan laju alir udara.
C. Tujuan Percobaan
Tujuan dari percobaan ini adalah:
1.
Mengetahui pengaruh kecepatan laju alir udara terhadap kecepatan sublimasi
naftalena.
2.
Menentukan nilai koefisien transfer massa untuk masing-masing kecepatan laju
alir udara pada sublimasi naftalena.
1
D. Tinjauan Pustaka
Perpindahan massa diibaratkan sebagai perpindahan fluks dari satu tempat ke
tempat tertentu, salah satu bentuk dari transfer massa adalah sublimasi. Sublimasi adalah
proses perubahan wujud zat dari padat ke gas atau dari gas ke padat. Peristiwa sublimasi
ini dengan mudah diamati di sekitar kehidupan manusia, yaitu sublimasi gas belerang
pada kawah gunung berapi, sublimasi kapur barus, dan lain-lain. Selain itu, sublimasi
juga banyak diaplikasikan di dunia industri khususnya pada pemurnian campuran. Salah
satu bahan yang mengalami proses sublimasi adalah naftalena.
Naftalena dapat menyebabkan iritasi dan korosif. Tetapi karena bahan terkandung
dalam kapur barus tidak semuanya mengandung naftalena, bahan tersebut dikategorikan
aman. Tetapi, untuk perhitungan tekanan jenuh, diasumsikan memakai bahan naftalena.
Gambar 1. Struktur Kimia Naftalena
Sifat-sifat fisis dari naftalena dirangkum dalam tabel sebagai berikut :
Daftar I. Sifat-sifat Fisis Naftalena
Rumus senyawa
C10H8
Berat molekul
128,17 gram/mol
Titik leleh
80,2 oC
Titik beku (di udara pada 1,01325 bar)
80,285 oC
Titik tripel
80,28 oC
Titik didih normal (di udara pada 1,01325
bar)
217,993 oC
Entalpi sublimasi
70,36 kJ/mol
Suhu kritis
472,5 oC
Tekanan kritis
51 bar
Volume kritis
4,13 x 10-4 m3/mol
Densitas cairan (pada 1,01325 bar)
•
Pada suhu 80,23 oC
0,978 kg/m3
•
Pada suhu 120 oC
0,946 kg/m3
•
Pada suhu 130 oC
0,938 kg/m3
Konduktivitas termal padatan
0,333 W/(m.K)
Densitas padatan (pada suhu 20 ℃)
1.175,0 kg/m3
(Kuchadker, 1978)
2
Transfer Massa dari Padat Menuju Gas
Gambar 2. Skema Transfer Massa dari Padat Menuju Gas
Kecepatan perpindahan solut (dalam hal ini yaitu naftalena) adalah sebagai berikut:
NA = k c (CAS − CA )
dengan NA
kc
(1)
= kecepatan perpindahan solut, kg/s.m2
= koefisien transfer massa, m/s
CAS = konsentrasi A jenuh, mol
CA
= konsentrasi A di badan utama gas, mol
Neraca massa naftalena
Gambar 3. Skema Neraca Massa Naftalena
Laju massa masuk − laju massa keluar = laju massa akumulasi
dengan
k C (CAS − CA ) A =
dn
dt
CA
= konsentrasi zat padat pada sekitar, gmol/cm3
A
= luas bola naftalena, cm2
(2)
CAs = konsentrasi zat jenuh pada interface, mol/m3
BM = berat molekul relatif naftalena, kg/mol
3
dn
= kecepatan zat padat yang hilang setiap saat, gmol/(cm3.s)
dt
Dianggap nilai CA = 0, karena konsentrasi naftalena di udara tidak ada.
k C CAs A =
dn
dt
k C CAs A BM =
dm
dt
(3)
Nilai dari CAs dapat dihitung dengan persamaan gas ideal.
PAs . V = nAs . R. T
PAs
nAs
=
RT
V
CAs =
PAs
(4)
RT
dm
PAs
= kC
A BM
dt
RT
dengan PAs = tekanan jenuh dari naftalena, atm
T
= kondisi suhu di lingkungan, K
R
= 0,0082 L.atm/(mol.K)
Kondisi suhu dijaga konstan T = 28 °C = 301 K. Dalam percobaan ini, digunakan
kapur barus. Kapur barus dapat diasumsikan bahan yang digunakan naftalena. Nilai PAs
dapat ditentukan melalui persamaan Antoine (Elliot & Lira, 1999) sebagai berikut:
log P = A −
B
T+C
(5)
dengan A = 8,62233
B = 2165,72
C = 198,284
T = suhu udara, oC
P = tekanan naftalena jenuh, mmHg
Hubungan antara kecepatan alir gas udara dengan fungsi k c dapat dihubungkan
melalui kelompok tak berdimensi (KTD), yakni terdiri dari bilangan Sherwood,
bilangan Reynolds, dan bilangan Schmidt.
f(Sh) = k1 . f(Sc). f(Re)
Sh = k1 . (Sc)c1 (Re)c2
dengan Sh =
Sc =
Re =
kC
Dp
kC Dp
DAB
μn
ρn DAB
ρu vDp
μu
(6)
(7)
(8)
(9)
= koefisien transfer massa dari padat ke gas, m/s
= diameter tabung, m
4
DAB = koefisien difusivitas, m2/s
μu
μn
ρn
ρu
= viskositas udara, kg/m/s
= viskositas naftalena, kg/m/s
= massa jenis naftalena, kg/m3
= massa jenis udara, kg/m3
v
= kecepatan aliran udara, m/s
Sehingga, persamaan kelompok tak berdimensi menjadi
kC Dp
DAB
= k1 (
ρu v Dp c1
μu
) (
μn
ρn DAB
)c2
(10)
Persamaan tersebut diregresi, sehingga didapatkan hubungan antara koefisien
transfer massa dengan kecepatan laju udara dalam satu waktu.
5
BAB II
PELAKSANAAN PERCOBAAN
A. Bahan Percobaan
Bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah:
1. Bola naftalena Swallow produksi PT. Suryamas Mentari, Jakarta;
2. Kawat
B. Rangkaian Alat Percobaan
Keterangan :
7
8
5
6
9
2
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Kompresor
Selang
Tangki air
Manometer
Tabung
Naftalena
Klem
Tali penggantung
Statif
4
3
1
Gambar 4. Rangkaian Alat Penyubliman Padatan
C. Cara Kerja
1. Penimbangan naftalena
Berat gelas arloji diukur dengan neraca analitis digital, kemudian berat kosongnya
dicatat. Satu bola naftalena ditaruh ke atas gelas arloji, kemudian diukur beratnya.
Dengan demikian, dapat diperoleh berat mula-mula naftalena.
2. Pengukuran diameter awal
Diameter bola naftalena diukur dengan menggunakan jangka sorong, kemudian
hasil pengukurannya dicatat. Hal yang sama juga dilakukan untuk tabung (diameter
dalam) dan selang fluida.
3. Pengaliran udara untuk sublimasi naftalena
Botol besar harus dipastikan berisi air yang cukup untuk menggelembungkan udara.
Bola naftalena digantung/diikat pada tali yang sudah dipasang dengan kayu atau
6
statif, kemudian diatur supaya bola naftalena ada di dalam tabung. Kran kompresor
dibuka, kemudian laju udara masuk tabung diatur hingga beda tinggi cairan
manometer sebesar 4,0 cm. Ketika beda tinggi cairan manometer telah mencapai 4,0
cm, proses pengaliran udara dimulai. Proses pengaliran udara ditunggu hingga t = 10
menit. Kompresor udara dimatikan, lalu bola naftalena diambil dan ditimbang
kembali pada gelas arloji dengan neraca analitis digital. Langkah yang sama diulangi
selama 5 kali, sehingga didapatkan 5 data untuk satu kecepatan aliran udara yang
sama. Bola naftalena digantung/diikat kembali pada tali, kemudian langkah yang
sama dilakukan dengan laju udara berbeda, yakni ketika beda tinggi pada manometer
sebesar 6,0 cm dan 8,0 cm.
D. Analisis Data
1. Perhitungan konsentrasi naftalena jenuh
Nilai PAS dapat ditentukan melalui persamaan Antoine (Elliot & Lira, 1999) sebagai
berikut:
log PAS = = A −
B
(5)
T+C
dengan A
= 8,62233
B
= 2165,72
C
= 198,284
T
= suhu udara, oC
PAS = tekanan naftalena jenuh, mmHg
Konsentrasi uap naftalena dalam keadaan jenuh dihitung dengan persamaan:
CAS =
PAS
(4)
RT
dengan CAS = konsentrasi uap jenuh naftalena, mol/m3
R
= 8,314 m3.Pa/(mol.K)
T
= suhu udara, K
2. Menghitung nilai koefisien transfer massa
Neraca massa naftalena
Laju massa masuk − laju massa keluar = laju massa akumulasi
0 − k C (CAS − CA )A =
4
dengan mA = ρ πR3
3
dmA
dt
dnA
dt
= −k C ∙
PAS
R.T
∙ A ∙ BM
(3)
3 mA
3
R= √
∙
ρ 4π
7
sehingga apabila diketahui bahwa
A = 4πR2
diperoleh
2
mA 3 3
A = 4π (
∙ )
ρ 4π
maka
∫
mA2
mA1
2
PAs
mA 3 3
dmA
= −k C ∙
∙ 4π (
∙ ) ∙ BM
RT
ρ 4π
dt
dmA
2
mA 3
2
t2
PAs
3 3
= −k C ∙
∙ 4π (
) ∙ BM ∫ dt
RT
4πρ
t1
kC =
dengan k C
PAs
1
1
3(mA1 3 −mA2 3 )
(11)
2
PAs
3 3
∙4π(
∙BM∙∆t
)
R.T
4πρ
= koefisien perpindahan massa, m/s
= tekanan uap jenuh naftalen, atm
BM = berat molekul naftalena = 128,1705 gram/mol
mA
= massa naftalena, gram
A
= luas permukaan naftalen, m2
T
= kondisi suhu di lingkungan, K
R
= 0,0082 L.atm/(mol.K)
Diperoleh lima nilai kc, sehingga nilai kc untuk masing-masing laju alir udara
dihitung dengan persamaan berikut:
kc1 +kc2 +kc3 +kc4 +kc5
̅̅̅c =
k
(12)
5
3. Analisis Kelompok Tak Berdimensi (KTD)
Sh = k1 . ScC1 . ReC2
kC Dn
DAB
ρu v Dn
= k1 (
μu
(6)
c1
) (ρ
μn
n DAB
)c2
Bilangan Schmidt konstan karena suhu diasumsikan konstan, sehingga kc merupakan
fungsi bilangan Reynolds.
(
kC ∙Dn
DAB
) = k2 (
ρu v Dn
μu
C2
)
ln k C = ln k 2 + C2 . ln (
ρu v Dn
μu
)
(14)
ρu Dn
ln k C = k 3 + C2 . [ln(v) + ln (
μu
)]
8
ln k C = k 4 + C2 . ln(v)
dengan Dp
(15)
= diameter tabung, m
k1, k2, k3, k4 = konstanta
v
= laju alir udara, m/s
μu
= viskositas udara, kg/(m.s)
ρu
= densitas udara, kg/m3
4. Hubungan Laju Alir Udara dengan Harga kc
Persamaan (15) dapat dianalogikan sebagai
m = p + q. n
(9)
dengan m = ln kc
p = k4
q = C2
n = ln (v)
̅̅̅c ) hasil perhitungan persamaan (6)
Selanjutnya dilakukan plot data antara ln (k
dengan ln(v) untuk tiap laju alir. Dengan menggunakan fitur linierisasi dari Microsoft
Excel, diperoleh masing-masing nilai p dan q, sehingga diperoleh pula persamaan
yang menunjukkan hubungan laju alir udara dengan harga kc.
9
BAB III
HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
Sublimasi merupakan peristiwa transfer massa dari fase padat ke fase gas. Fenomena ini
dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain:
1. Difusivitas bahan
Semakin mudah suatu bahan mendifusi ke udara maka laju transfer massanya juga
semakin besar.
2. Tekanan uap jenuh bahan
Semakin tinggi tekanan uap jenuh bahan maka laju penyubliman akan semakin besar.
3. Suhu
Secara umum naiknya suhu akan menaikkan tekanan uap jenuh bahan, sehingga juga
menaikkan laju transfer massanya.
4. Perbedaan konsentrasi bahan di udara terhadap konsentrasi jenuhnya.
Percobaan ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh laju alir udara terhadap laju
penyubliman zat padat, dengan menggunakan naftalena. Naftalena dipilih karena nilai
difusivitasnya ideal untuk dilakukan pengamatan, artinya tidak memerlukan waktu yang
lama untuk mengetahui perubahan massanya. Percobaan untuk menentukan pengaruh laju
alir udara terhadap laju penyubliman zat padat dilakukan dengan asumsi-asumsi sebagai
berikut:
1. Suhu sistem konstan selama percobaan terjaga konstan.
2. Udara merupakan gas ideal.
3. Tekanan udara parsial naftalena di udara sama dengan nol (PA = 0) karena udara yang
disuplai compressor merupakan udara bebas naftalena sehingga konsentrasi
naftalena di udara (pada r tak terhingga) sama dengan nol dan naftalena yang
menyublim langsung dibuang keluar.
4. Suhu udara dan naftalena dianggap konstan sehingga densitas naftalena dan tekanan
uap jenuh naftalena konstan.
5. Tidak ada kesalahan dalam peneraan massa naftalena. Naftalena yang ditimbang
dapat kehilangan massa selama proses pemindahan dari alat percobaan ke neraca
analitis digital dan sebaliknya.
6. Naftalena yang digunakan merupakan naftalena murni tanpa tambahan zat lainnya.
7. Penyusutan luas permukaan pada naftalena selama penyubliman dapat diabaikan,
sehingga diameter naftalena dianggap tetap.
Naftalena digantungkan di dalam sebuah tabung, dipilih tabung dengan diameter yang
tidak terlalu besar agar laju linier udara tidak terlalu kecil dan akumulasi konsentrasi
10
naftalena pada tabung tidak terjadi. Sebuah wadah pendingin juga digunakan untuk menjaga
suhu keluar kompresor selalu tetap, dengan demikian pengaruh suhu dapat diabaikan.
Laju penyubliman naftalena direpresentasikan oleh suatu koefisien transfer massa (kc,
m/s) di mana semakin besar nilai kc maka suatu bahan akan lebih cepat menyublim.
Berdasarkan percobaan ini diperoleh nilai kc untuk masing-masing variasi laju alir udara (v)
sebagai berikut:
1) v = 0,0945m/s ; kc = 0,0052m/s
2) v = 0,3261m/s ; kc = 0,0060m/s
3) v = 0,9321m/s ; kc = 0,0068m/s
Berdasarkan data tersebut, dibuat linearisasi persamaan hubungan antara nilai v dan kc
dan dibuat grafik sebagai berikut:
-4,95
y = 0,1186x - 4,9765
R² = 0,9999
-5,00
ln Kc
-5,05
-5,10
-5,15
-5,20
-5,25
-5,30
-2,5
-2,0
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
ln v
Gambar 5. Hubungan Laju Alir Udara terhadap Laju Penyubliman Zat Padat
Berdasarkan grafik di atas, diketahui bahwa semakin besar laju alir udara maka nilai
koefisien transfer massanya juga semakin besar. Dengan adanya udara yang mengalir secara
terus-menerus dan tersirkulasi maka konsentrasi jenuh bahan di udara dapat dihindari
sehingga driving force transfer massanya selalu besar. Naiknya laju alir udara juga
menyebabkan nilai Bilangan Reynolds menjadi besar, di mana berdasarkan persamaan
empirisnya pada persamaan (14) bilangan Reynolds juga sebanding dengan nilai koefisien
transfer massanya.
Setelah dilakukan linearisasi diperoleh persamaan hubungan v dan kc sebagai berikut :
ln k c = 0,1186(ln v) − 4,9756
dengan nilai R2 = 0,9999 maka dapat disimpulkan bahwa model yang dihasilkan dari
percobaan sudah baik. Hal ini juga mengindikasikan bahwa aumsi-asumsi yang digunakan
pada percobaan ini sudah tepat.
11
Ada beberapa hal yang menyimpang dari teori, yaitu untuk kecepatan yang sama
seharusnya semakin lama laju perubahan massanya semakin kecil atau nilai kc-nya
berkurang karena luas transfer massanya yang berkurang akibat diameter semakin kecil.
Berdasarkan hasil yang diperoleh, hal itu tidak terjadi di mana nilai kc untuk laju udara yang
sama berfluktuasi. Hal ini dapat terjadi karena laju udara yang tidak konstan.
12
BAB IV
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil pada percobaan ini adalah:
1. Laju alir udara mempengaruhi kecepatan penyubliman, di mana semakin cepat laju
alir udara maka kecepatan penyubliman semakin besar.
2. Nilai koefisien transfer massa untuk masing-masing variasi laju alir udara sebagai
berikut:
a) v = 0,0945 m/s ; kC = 0,0052 m/s
b) v = 0,3261 m/s ; kC = 0,0060 m/s
c) v = 0,9321 m/s; kC = 0,0068 m/s
3. Persamaan hubungan antara laju alir udara (v) dan nilai koefisien transfer massa
naftalena (kc) adalah sebagai berikut:
ln k c = 0,1186(ln v) − 4,9756
B. Saran
Saran yang dapat diberikan dari percobaan ini adalah:
1. Percobaan selanjutnya dapat dilakukan dengan variasi suhu sehingga dapat
digunakan untuk membandingkan faktor apa yang lebih berpengaruh pada kecepatan
sublimasi.
2. Dapat dicoba menggunakan bahan selain naftalena sehingga dapat digunakan untuk
membandingkan pengaruh laju alir udara terhadap laju penyubliman dua bahan atau
lebih yang berbeda.
3. Dapat digunakan kompresor yang mempunyai daya lebih besar sehingga
menghasilkan laju alir yang lebih cepat sehingga tidak diperlukan waktu yang lama
untuk melakukan percobaan.
4. Instalasi selang dirangkai dengan lurus sehingga pressure drop tidak terlalu besar.
5. Menambah jumlah variasi kecepatan.
13
BAB V
DAFTAR PUSTAKA
Brown, G.G., 1978. “Unit Operations”, pp. 518. CBS, New Delhi.
Cussler, E.L., 2007. "Diffusion Mass Transfer in Fluid System", 3rd edition, pp. 274-277.
Cambridge University Press, United Kingdom.
Kudchadker, A.P., Kudchadker, S.A., Wilhoit, R.C., 1978, “Naphthalene”. API Monograph,
Ser. 707, American Petroleum Institute, Washington, D.C.
McCabe dkk. 1983. “Operasi Teknik Kimia”, edisi keempat, jilid Kedua. Jakarta: Erlangga.
Treybal, R., 1981. "Mass Transfer Operations", pp. 24-26, 49, 106. McGraw-Hill Book
Company, Singapore.
14
BAB VI
LAMPIRAN
A. Data Percobaan
Hari, tanggal
: Rabu, 24 Mei 2017
Suhu percobaan
: 28 oC
Diameter tabung : 5,53 cm
Waktu siklus
: 600 detik
1. Kondisi 1
Beda tinggi manometer
= 4,0 cm
Massa gelas arloji
= 22,3056 gram
Daftar II. Data Percobaan pada Perlakuan Pertama
Menit ke-
Diameter naftalena, cm
Massa gelas arloji + naftalena, gram
0
3,83
52,7485
10
3,81
52,7358
20
3,78
52,7282
30
3,76
52,7191
40
3,67
52,7074
50
3,66
52,6976
2. Kondisi 2
Beda tinggi manometer
= 6,0 cm
Massa gelas arloji
= 22,3056 gram
Daftar III. Data Percobaan pada Perlakuan Kedua
Menit ke-
Diameter naftalena, cm
Massa gelas arloji + naftalena, gram
0
3,83
54,2845
10
3,82
54,2704
20
3,81
54,2595
30
3,80
54,2493
40
3,80
54,2373
50
3,80
54,2237
3. Kondisi 3
Beda tinggi manometer
= 8,0 cm
Massa gelas arloji
= 22,9189 gram
15
Daftar IV. Data Percobaan pada Perlakuan Ketiga
Menit ke-
Diameter naftalena, cm
Massa gelas arloji + naftalena, gram
0
3,77
53,9273
10
3,72
53,9067
20
3,69
53,8944
30
3,68
53,8856
40
3,60
53,8761
50
3,60
53,8597
B. Perhitungan
1. Perhitungan konsentrasi naftalena jenuh
Nilai PAs dihitung dengan persamaan (5) sebagai berikut:
2165,72
log PAs = 8,62233 −
28 + 198,284
log PAs = −0,9485
Sehingga diperoleh nilai PAs sebesar
PAs = 0,1126 mmHg = 15,0116 Pa
Konsentrasi uap naftalena dihitung dengan persamaan (4) berikut:
15,0116 Pa
CAs =
m3 Pa
8,314
. 301,1500 K
mol. K
mol
CAs = 0,0060 3
m
2. Menghitung laju alir udara
Debit alir udara dihitung dengan persamaan empiris sebagai berikut:
Q = C0 + C1 . H + C2 . H 2 + C3 . H 3 + C4 . H 4 + C5 . H 5
(16)
dengan C0 = -0,02225682
C1 = 0,1130436
C2 = -0,05845913
C3 = 0,01588013
C4 = -0,00147744
C5 = 9,21338.10-5
Q
= debit aliran udara, L/s
Contoh perhitungan pada kondisi perlakuan pertama:
Q1 = −0,02225682 + 0,1130436 ∙ 4 + (−0,05845913) ∙ 42 + 0,0158013
∙ 43 + (−0,00147744) ∙ 44 + 9,21338 ∙ 45
m3
L
Q1 = 0,2270 = 0,0002
s
s
16
Adapun perhitungan laju alir dapat dihitung dengan persamaan berikut:
v=
Q
(17)
A
Contoh perhitungan untuk kecepatan pertama:
m3
0,0002 s
m
= 0,0945
v1 = π
s
(0,0553 m)2
4
Dengan cara yang sama, diperoleh hasil perhitungan sebagai berikut:
Daftar V. Hasil Perhitungan Laju Alir Udara
Beda ketinggian
manometer, cm
Diameter
tabung, cm
Laju alir
udara, m/s
4,0
0,0945
6,0
5,53
0,3261
8,0
0,9321
3. Menghitung nilai koefisien transfer massa
Nilai koefisien transfer massa untuk masing-masing kecepatan pada tiap periode
dihitung dengan persamaan (11). Contoh perhitungan berdasarkan data (1) dan (2)
pada Daftar II:
k C1 =
1
1
3 (52,73583 − 52,73583 )
2
3
g
mol
3
∙ 4π (
g ) ∙ 128,1705 mol ∙ 600 s
m3
4π ∙ 1175000 3
m
m
k C1 = 0,0065
s
Dengan cara yang sama, diperoleh data kc untuk setiap periode untuk masing-masing
0,0060
laju alir fluida dan rerata dari persamaan (12) sebagai berikut:
Daftar VI. Hasil Perhitungan Hubungan Laju Alir Fluida Terhadap Nilai kc
Data
Nilai kc, m/s
v = 0,0945 m/s
v = 0,3261 m/s
v = 0,9321 m/s
kC1
0,0065
0,0070
0,0104
kC2
0,0039
0,0054
0,0062
kC3
0,0047
0,0051
0,0045
kC4
0,0060
0,0060
0,0048
kC5
0,0050
0,0067
0,0083
̅̅̅𝑐
𝑘
0,0052
0,0060
0,0068
17
4. Analisis Kelompok Tak Berdimensi (KTD)
̅̅̅𝑐 ) hasil perhitungan persamaan (6) dengan ln(v) diplot pada grafik
Data ln (𝑘
dengan bantuan software Microsoft Excel. Selanjutnya dibuat trendline linier untuk
memperoleh persamaan linierisasi. Berdasarkan hasil percobaan, diperoleh
persamaan:
ln(k C ) = 0,1186 ln(v) − 4,9765
18