Upload
imam-gazali
View
231
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
geofisika matematika
Citation preview
MM091351 FENOMENA TRANSPORTKREDIT: 3 SKSSEMESTER: 5
BAHAN AJAR ON-LINE 6JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER (ITS) SURABAYA
Dr. Eng. Hosta Ardhyananta, S.T., M.Sc.
TRANSPORT MASSA
Sub-kompetensi:• Pembelajar mampu menjelaskan perilaku difusi material
ALIRAN MASSA
DIFUSIVITAS DAN MEKANISME PERPINDAHAN MASSA
• Definisi konsentrasi, kecepatan dan fluks massa• Hukum Ficks mengenai Difusi• Pengaruh temperatur dan tekanan pada difusivitas massa
• Teori difusi biasa pada gas densitas rendah• Teori difusi biasa dalam cairan
Perhatikan fenomena pelarutan dalam air
• Hukum Fick tentang difusi yaitu pergerakan sebuah spesies, A, melalui campuran biner A dan B karena gradien konsentrasi A
• Perpindahan spesies kimia dari daerah dengan konsentrasi tinggi ke daerah dengan konsentrasi rendah
• Difusi lebih komplek dibandingkan dengan aliran viskositas dan konduksi panas karena menganalisis campuran.
• Pada difusi campuran, kecepatan spesies individu berbeda
• Konsentrasi, kecepatan dan fluks• Difusivitas biner• Difusi A dalam sistem biner A dan B terjadi karena
gradien konsentrasi A. Difusi umum
DIFUSIVITAS DAN MEKANISME PERPINDAHAN MASSA
• Difusi tekanan: gerakan A sebagai hasil dari gradien tekanan
• Difusi panas: gerakan A karena gradien thermal• Difusi ditekan / dipaksa: gerakan A karena gaya luar
yang tidak seimbang pada A dan B • Aturan notasi: sistem dua-komponen, menggunakan
spesies A dan B; banyak-komponen, menggunakan spesies 1, 2, 3, etc
A B
DEFINISI KONSENTRASI, KECEPATAN DAN FLUKS MASSA
• Konsentrasi massa, ρi, yaitu massa spesies per unit volume solusi / larutan
• Konsentrasi molar, c i= ρi/ Mi, yaitu jumlah mol per unit volume larutan
• Fraksi massa, ωi = ρi/ ρ, yaitu konsentrasi massa i dibagi densitas massa total larutan
• Fraksi mol, xi = ci / c, yaitu konsentrasi molar spesies i dibagi densitas molar total
• Solusion / larutan adalah campuran gas, cairan atau padatan satu fasa
• Perhatikan Tabel 16 1 – 1• Pada difusi campuran, berbagai spesies kimia bergerak
/ berpindah dengan kecepatan yang berbeda• Kecepatan dalam campuran
• Kecepatan rata-rata massa lokal, v
n
ji
n
iiiv
v
1
1
• ρv adalah laju lokal ketika massa melewati bidang potong tegak-lurus kepada kecepatan v. diukur dengan menggunakan pitot tube
• Kecepatan rata-rata molar v* • Kecepatan rata-rata volume• Kecepatan sebuah spesies dibandingkan
dengan v atau v* disebut kecepatan difusi. Menunjukkan gerakan komponen i relatif terhadap gerakan lokal
• Kecepatan sistem
• Cairan A menguap dan berdifusi ke atas melalui tube / tabung / pipa panjang yang awalnya berisi uap B
• Ketika A menguap, ia mendorong B ke atas• Tidak ada garis pembagi yang jelas antara
uap murni A dan murni B. Perpindahan B ke atas diikuti perpaduan dua uap
• Titik manapun dalam kolom A bergerak ke atas lebih cepat daripada gerakan rata-rata keseluruhan dan B bergerak lebih lambat, karena difusi
• Fluks massa atau molar spesies i adalah kuantitas vektor untuk massa atau mol spesies i yang melewati unit area per unit waktu
• Fluks massa (n) dan molar (N) relatif terhadap koordinat stasioner
• Fluks massa (j) dan molar (J) relatif terhadap kecepatan massa-rata-rata
• Fluks massa (j*) dan molar (J*) relatif terhadap kecepatan molar-rata-rata
• Difusivitas, D• Dalam sistem biner / dua komponen, DAB =
DBA
HUKUM FICK TENTANG DIFUSI
AABA xcDJ *
AABBAAA xcDNNxN )(
• Dikenal dengan Hukum Pertama Fick tentang difusi
• Fluks difusi molar, JA* • Spesies A berdifusi (bergerak relatif dalam
campuran) dalam arah menurun fraksi mol A• Pernyataan matematika yang sepadan
dengan Fick• Bentuk Hukum Pertama Fick dalam bentuk NA, fluks molar relatif terhadap koordinat
stationer
• Unit difusivitas massa DAB adalah cm2 sec-1 atau ft2 hr-1
)( AABAy dydDj
• Difusivitas untuk gas
• Difusivitas untuk cairan
• Difusivitas untuk padatan
• Difusivitas gas densitas rendah hampir tidak-bergantung dengan komposisi, meningkat dengan temperatur dan berubah terbalik dengan tekanan.
• Difusivitas cairan dan padatan bergantung konsentrasi dan secara umum meningkat dengan temperatur