PowerPoint Presentation

KELOMPOK H INDAH KEMALA/1206202122INDRA SAPUTRA/1206242132MOHAMAD AMIRUDIN/1206240650ZULFA HUDAYA/1206261283

Termodinamika-01

Zetta, Zidan, and Zulfa are first year chemical engineering students. Their thermodynamics course, Pak Kuncung, told them that in two weeks they will have a short exam on properties of water and steam. He did not forget to mention that water is very important fluid involved in many biological, chemical and phisycal processes. Not to mention that human body consist of aproximately 70%water by weight! Zetta found two PVT diagrams shown bellow but could not be sure which diagram represented water (H2O) in its three phases (ice, water, and water vapor). Could you help him? do you the fact that ice floats in water could be used to select the right diagram?

2

Sifat unik air : ekspansi saat pendinginan

fakta yang didapatkan bahwa es dapat mengapung diatas air menunjukan bahwa massa jenis es lebih kecil dari air menunjukan perbedaan volume spesifik

Dari 2 diagram ini dapat disimpulkan bahwa perubahan fasa dari liquid ke solid menyebabkan ekspansi pada zat air

Diagram pvT air

Once Zetta know which diagram applies to water. He knew that he should be able to explain the meaning of the surfaces, lines, and point (critical point) indicated in the diagram.

Permukaan menunjukkan perbedaan fasa di tiap sisinya. Ada permukaan satu fasa dan permukaan dua fasa.

Ada garis yang menggambarkan kondisi jenuh zar

Critical point menggambarkan kondisi saturated liquid dan saturated vapornya yang identik satu sama lain. Daerah yang berada diatas titik kritis disebut sebagai daerah supercritical fluid.

Permukaan yang tergambarkan dalam diagram PVT menunjukan adanya perbedaan fasa, baik saat satu fasa maupun dua fasa.Dalam diagram PVT terdapat garis tripel (triple line or triple point) yaitu dimana zat berada pada kondisi kesetimbangan tiga fasa.Dalam diagram PVT terdapat titik kritis (critical point) yaitu titik dimana suatu gas dan cair dari fluida tidak dapat dibedakan (saturated liquid dan vapornya identik).Selain itu, pada daerah diatas titik kritis fasa zat sudah sulit untuk dibedakan atau dinamakan daerah supercritical fluid.

Help him explain the diagram using the following concepts : a substance, saturated condition, equilibrium between phase, Gibbs phase rule, intensive and extensive variable.

Keadaan JenuhKeadaan jenuh merupakan suatu keadaan di mana suatu perubahan fase berawal dan berakhir.

Kesetimbangan Antar FaseKesetimbangan yaitu tidak terjadi perubahan pada sifatnya ketika sistem tersebut diisolasi terhadap lingkungannya. Kesetimbangan fase dari suatu sistem harus mempunyai lebih dari suatu fase meskipun materinya sama, terjadinya perpindahan reversibel spesi kimia dari satu fase ke fase lain dan seluruh bagian sistem mempunyai tekanan dan temperaturesama.

Gibbs phase ruleF = C + 2 P

Intensive and Extensive VariableVariabel intensif : variabel termodinamika yg tidak tergantung pada jumlah materi.Contoh: temperatur, tekanan, massa jenis, titik didih, pH, tegangan muka, indeks bias, kekentalan, panas spesifikVariabel ekstensif : variabel termodinamika yg tergantung pada jumlah materi. Contoh: massa, Volume, Energi Dalam, Entalpi, entropi

Explain why the degree of freedom of the surface of one (S/L/V), two (S-L, S-V, L-V) and three stable phases (triple line) are two , one , and zero respectively

Answer

satu fase (S/L/V)dua fase (S-L, S-V, L-V) tiga fase (triple line)

The solid phase is very steep compared to the surfaces of the other two phases in terms of the distance and the interaction between water molecules in each phases.

Diagram P-V

Skaters could glide easily across ice wearing an ice-skating shoes

Diagram P-T

It takes longer to boil eggs in Bandung than it is in Jakarta using exactly the same cooking utensils, amount of water, eggs, and heating conditions

Diagram PT

Grafik waktu vs. ketinggian

In a PT and a PV diagram indicated (where appropriate) the position of:-The pressure, volume, and temperature of water at its critical and triple point.

critical point : terjadi pada suhu 374 oC dan tekanan kritisnya 22,064 MPa. triple point or triple line: terjadi pada suhu 0,01 oC dan pada tekanan 0,6113 kPa.

-The density of ice, water, and water vapor at ambient condition (25 oC)

density = 1/specific volume

Dari diagram sebelumnya terlihat bahwa pada kondisi ruang (1 bar dan 25 C) hanya terdapat fasa solid sehingga massa jenis dari air sendiri adalah 1 g/cm3

-Determine the phase or phases in system consisting ofat the following conditions and sketch P-V and T-V diagram showing the location of each state: Point A (5 bar, 151,9 oC), point B (5 bar, 200 oC), and point C (2,5 MPa, 200 oC) put label of the phases.

A (5 bar, 151,9 oC)

nilai volum spesifik adalah 0,3756 m3/ kg

Liquid-Vapor

B (5 bar, 200 oC),

nilai volume spesifik sebesar 7,0592 m3/ kg

Superheated state

C (2,5 MPa, 200 oC)

volum spesifik sebesar 1,155 x 103 m3/kg

Subcooled state

In both PT and PV diagram show the path of the following processes:-Water initially at a higher pressure than its saturation pressure (compressed liquid), is brought 30 psia at constant temperature until the water just begin to form vapor (path 1-2); then it was heated at constant pressure until its enthalpy is six times the enthalpy of saturated water at 30 psia (path 2-3)

Diagram PT-PV

-Mixture of water and water vapor in equilibrium having quality of 50% is heated at a temperature of 130 oC until its specific volume reached 3.2 times the specific volume of the mixture at initial state (path a-b)

Diagram PT-PV

Zidan is responsible to explain phase diagram of a substance other than water. Help him find out the reasons why dry ice (solid CO2) is used to keep ice cream stays cold and not melt? Use the following PT diagram of CO2.

triple point CO2 adalah 5,1 bar dan 216,6 K. Kondisi CO2 dalam keadaan liquid tidak dapat ditemui pada tekanan di bawah 5,1 bar. Dalam kasus yang diberikan, dry ice tidak meleleh menjadi liquid karena berada pada tekanan di bawah triple point.

There is another question regarding CO2. Two kg of a two-phase, liquid-vapor mixture of carbon dioxide (CO2) exists at 40C in a 0,05 m3 tank. Determine the quality of the mixture, if the values of specific volume for saturated liquid and saturated vapor CO2 at this temperature are 0,896x10-3 m3/kg and 3,824x10-2 m3/kg, respectively.

Karena CO2 dalam keadaan campuran dari fasa cair-uap, volum spesifik total (v) dinyatakan sebagai:

0,025=0, 896x10-3 + x(3,824x10-2 - 0,896x10-3)x= 0,646181448 = 0,65 = 65%

Zulfa is asked by Pak Kuncung the following problem. According to the Gibbs phase rule, if a pure compound is in the region of a single phase stability, the intensive variables must be specified before we can determine all other intensive variables. Could we choose temperature and total volume of the compound to be specified?

Answerpure compound (komponen) memiliki C = 1 a single phase stability memiliki P = 1). F = C + 2 PF = 1 + 2 1F = 2Volume total bukan besaran intensif

Ideal gas equation states that the relationship between the magnitudes of pressure (p), temperature (T), the number of moles (n) and Volume or molar volume (v), is given by equation pV = nRT or pv = RT. The constant R is the universal gas constant having a value of 8.314 J/mol K. Keeping in mind that all gases become ideal gas at the low pressure and the ideal gas equation above applies to the pressure limit equal to zero. Propose how we could determine the universal gas constant experimentally.

Jawaban

Mengukur p dan v pada suhu yang beragamMembuat perbandingan nilai pv/T pada berbagai temperatur.Membuat grafik antara pv/T terhadap PMengekstrapolasi rasio pv/T tersebut hingga mendapat suatu batas nilai pada p=0, yang disebut dengan R

AnswerKonstanta R dapat dihitung melalui percobaan berikutMg (s) + 2 HCl (aq) MgCl2 (aq) + H2 (g)P = 1 atmV diketahuin diperhitungkan melalui perbandingan koefisienT diukur menggunakan thermometerR = 8.314472(15) J K-1 mol-1

You want to know whether the following gases could be considered as ideal gas : a. Steam at 60 bar and 200oC, b. Air at 1 bar and 25oC, c. N-butane at 10 atm and 400 K. What could you do without doing any experiments in the lab?

Menggunakan korelasi Pitzer untuk koefisien virial kedua untuk mendapatkan nilai faktor kompresibilitas

Steam, 60 bar dan 200 oC (473.15 K)

Tc air = 647,1 K, Pc air = 220,55 bar dan air = 0,345

Dari hasil korelazi Pitzer untuk koefisien virial kedua didapatkan nilai faktor kompresibilitas yang tidak sama dengan 1. Hal ini mengindikasikan bahwa steam pada tekanan 60 bar dan suhu 200C bukan merupakan gas ideal

Udara, 1 bar dan 25 oCTc udara = 132,2 K, Pc udara = 37,45 bar, dan udara = 0,035.

Dari hasil korelazi Pitzer untuk koefisien virial kedua didapatkan nilai faktor kompresibilitas yang hampir sama dengan 1. Hal ini mengindikasikan bahwa udara pada tekanan 1 bar dan suhu 25C merupakan gas ideal

n-butana, 10 atm (10.132 bar) 400 K

Tc n-butana =425,1 K Pc n-butana = 37,96 bar n-butana = 0,2.

Dari hasil korelazi Pitzer untuk koefisien virial kedua didapatkan nilai faktor kompresibilitas yang tidak sama dengan 1. Hal ini mengindikasikan bahwa n-butana, 10 atm (10.132 bar) 400 K bukan merupakan gas ideal.

DAFTAR PUSTAKASmith, Van Ness, dan Abbott. 2001. Chemical Engineering Thermodynamics 6th edition. USA: Mc Graw HillMoran, Michael dan Shapiro. 2006. Fundamentals of Engineering Thermodynamics 5th edition. USA: John WileyCengel dan Boles. 2002. Thermodynamics: An Engineering Approach 5th edition. USA Mc Graw Hill