MM091351 FENOMENA TRANSPORT Kredit: 3 SKS Semester: 5 Dr. Eng. Hosta Ardhyananta, S.T., M.Sc. BAHAN AJAR ON-LINE 6 JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER (ITS) SURABAYA

TRANSPORT MASSA

ALIRAN MASSA Sub-kompetensi: Pembelajar mampu menjelaskan perilaku difusi material

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

DIFUSIVITAS DAN MEKANISME PERPINDAHAN MASSA 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

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 B A

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 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

HUKUM FICK TENTANG DIFUSI Difusivitas, D Dalam sistem biner / dua komponen, DAB = DBA 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 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