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