Neraca Massa dan Energi: paket kilat

Lembar rumus, langkah-langkah metode utama untuk setiap topik, dan 8 soal latihan, dengan pembahasan lengkap di bagian belakang.

Soal baruKembali ke mata kuliah

Di jendela cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan di perangkat Anda.

1Rumus dan metode

Neraca massa

Keadaan tunak
masuk = keluar
Neraca total
ṁ1 + ṁ2 = ṁ3
Neraca komponen
ṁ1x1 + ṁ2x2 = ṁ3x3
Evaporator
F·xF = P·xP, W = F − P

Neraca energi

Kalor sensibel
Q = ṁ·cp·ΔT
Kalor laten
Q = ṁ·hfg
Pencampuran
ΣṁcpTin = ΣṁcpTout
Air
cp ≈ 4,18 kJ/(kg·K)

Hukum gas ideal

Hukum gas ideal
pV = nRT
Konstanta gas
R = 8,314 J/(mol·K)
Hukum gas gabungan
p1V1/T1 = p2V2/T2
Mol
n = m/M
Suhu
T[K] = T[°C] + 273,15

Stoikiometri

Mol
n = m/M
Konsentrasi
c = n/V
Perbandingan mol
gunakan koefisien persamaan reaksi yang setara
Pereaksi pembatas
zat yang habis lebih dulu
Rendemen persen
aktual / teoretis × 100%

Metode

  1. Tulis dan setarakan persamaan reaksi kimianya.
  2. Ubah massa yang diberikan ke mol: n = m/M.
  3. Gunakan koefisien sebagai perbandingan mol untuk mencari mol zat yang Anda inginkan.
  4. Ubah kembali ke massa dengan m = n·M. Dengan dua pereaksi, cari pereaksi pembatas dulu.

2Soal latihan

1.Neraca massaSedang
PencampurAliran 1850 kg/h · 15% garamAliran 2ṁ₂ = ? · 35% garamProduk25% garam

Berapa banyak aliran 2 yang harus ditambahkan tiap jam ke aliran 1 agar produk campuran mengandung 25% garam? Cari ṁ2.

ṁ1 = 850 kg/hx1 = 15 %x2 = 35 %x3 = 25 %
ṁ2 = kg/h
2.Neraca massaSulit
EvaporatorUmpan F1800 kg/h · 17% gulaProduk PP = ? · 50%Uap W (air murni)0% gula

Evaporator memekatkan larutan gula dengan menguapkan air murni. Cari laju alir produk P dalam kg/h.

F = 1800 kg/hxF = 17 %xP = 50 %
P = kg/h
3.Neraca energiSedang
sisi panassisi dinginoli ringan · 170 °C90 °Cair · 15 °Ct = ? °C

oli ringan panas mendinginkan air dalam penukar panas aliran berlawanan tanpa kehilangan panas. Cari suhu keluar air tout.

ṁh = 0,5 kg/scp,h = 2,1 kJ/(kg·K)Th: 170 → 90 °Cṁc = 3 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)tin = 15 °C
tout = °C
4.Neraca energiSulit
sisi panassisi dinginoli ringan · 130 °C90 °Cair · 25 °C55 °C · ṁ = ?5% hilang

oli ringan panas memanaskan air dalam penukar panas yang kehilangan 5% panas dari aliran panas ke lingkungan. Cari laju alir air ṁc yang diperlukan.

ṁh = 1,5 kg/scp,h = 2,1 kJ/(kg·K)Th: 130 → 90 °Ct: 25 → 55 °Ccp,c = 4,18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas idealSedang
480 g CH₄V = 30 LT = 35 °CP = ?

Tangki 30 L berisi 480 g CH₄ pada 35 °C. Anggap sebagai gas ideal dan cari tekanan P.

m = 480 gM = 16,04 g/molV = 30 LT = 35 °CR = 8,314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas idealSulit
Keadaan 1Keadaan 2

Sejumlah tetap CO₂ berubah dari 150 kPa, 20 L, 30 °C menjadi 200 kPa dan 60 °C. Cari volume baru V2.

P1 = 150 kPaV1 = 20 LT1 = 30 °CP2 = 200 kPaT2 = 60 °C
V2 = L
7.StoikiometriSedang
m(X)n(X)n(CO2​)m(CO2​)÷ M(X)× 3/ν× M(CO2​)

20 g Fe2O3 dan 24 g CO bereaksi menurut Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2. Berapa massa m CO2 yang dapat terbentuk?

M(Fe2O3) = 159,69M(CO) = 28,01M(CO2) = 44,01 g/mol
m = g
8.StoikiometriSulit
m(CaCO3​)n(CaCO3​)n(CaO)m(CaO)÷ M(CaCO3​)× 1/1× M(CaO)

Dalam reaksi CaCO3 → CaO + CO2, 6 g CaCO3 bereaksi sempurna (pereaksi lain berlebih) dan diperoleh 3,16 g CaO. Tentukan rendemen persen Y.

M(CaCO3) = 100,09 g/molM(CaO) = 56,08 g/molaktual: 3,16 g
Y = %

3Larutan

1.Neraca massa

Jawaban: ṁ2 = 850 kg/h

Neraca massa keadaan tunak: masuk = keluar untuk total dan setiap komponen. Soal pencampuran menggabungkan keduanya.

Neraca

Total: ṁ3 = ṁ1 + ṁ2
garam: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3

Selesaikan untuk ṁ2

ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 850·(15 − 25)/(25 − 35) = 850 kg/h

Jawaban

ṁ2 = 850 kg/h
2.Neraca massa

Jawaban: P = 612 kg/h

Komponen pengikat: komponen yang lewat tanpa berubah di satu aliran saja (di sini zat terlarut) menghubungkan laju alir secara langsung. Lalu neraca total memberi sisanya.

Neraca zat terlarut

F·xF = P·xP → P = 1800·17/50 = 612 kg/h

Jawaban

P = 612 kg/h
3.Neraca energi

Jawaban: tout = 21,7 °C

Neraca energi penukar panas: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).

Panas yang dilepas aliran panas

Q = 0,5·2,1·(170 − 90) = 84 kW

Panas yang diterima air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 15 + 84/(3·4,18) = 21,7 °C

Jawaban

tout = 21,7 °C
4.Neraca energi

Jawaban: ṁc = 0,9545 kg/s

Neraca energi dengan kehilangan: panas dilepas = panas diserap + panas hilang.

Panas dilepas

Qh = 1,5·2,1·(130 − 90) = 126 kW

Panas yang sampai ke air

Qc = (1 − 0,05)·126 = 119,7 kW

Laju alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 119,7/(4,18·30) = 0,9545 kg/s

Jawaban

ṁc = 0,9545 kg/s
5.Hukum gas ideal

Jawaban: P = 2556 kPa

Hukum gas ideal: PV = nRT, dengan n = m/M.

Mol

n = m/M = 480/16,04 = 29,93 mol
T = 35 + 273,15 = 308,1 K

Tekanan

P = nRT/V = 29,93·8,314·308,1/0,03 = 2556 kPa

Jawaban

P = 2556 kPa
6.Hukum gas ideal

Jawaban: V2 = 16,48 L

Hukum gas gabungan: untuk jumlah gas ideal yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.

Suhu mutlak

T1 = 303,1 K, T2 = 333,1 K

Hukum gas gabungan

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 20·(150/200)·(333,1/303,1) = 16,48 L

Jawaban

V2 = 16,48 L
7.Stoikiometri

Jawaban: m = 16,54 g

Stoikiometri: persamaan setara menghitung partikel, bukan gram. Ubah massa ke mol dengan n = m/M, gunakan koefisien persamaan sebagai perbandingan mol, lalu ubah kembali dengan m = n·M. Dengan dua pereaksi, pereaksi pembatas adalah yang habis lebih dulu dan menentukan banyaknya produk.

Mol setiap pereaksi

n(Fe2O3) = 20/159,69 = 0,1252 mol
n(CO) = 24/28,01 = 0,8568 mol

Pereaksi pembatas

0,1252/1 = 0,1252, 0,8568/3 = 0,2856 → Fe2O3

Massa produk

n(CO2) = 0,1252·3 = 0,3757 mol
m = 0,3757·44,01 = 16,54 g

Jawaban

m = 16,54 g
8.Stoikiometri

Jawaban: Y = 94 %

Stoikiometri: persamaan setara menghitung partikel, bukan gram. Ubah massa ke mol dengan n = m/M, gunakan koefisien persamaan sebagai perbandingan mol, lalu ubah kembali dengan m = n·M. Dengan dua pereaksi, pereaksi pembatas adalah yang habis lebih dulu dan menentukan banyaknya produk.

Hasil teoretis

n(CaCO3) = 6/100,09 = 0,05995 mol
m = 0,05995·1/1·56,08 = 3,362 g

Rendemen persen

Y = 3,16/3,362·100 = 94%

Jawaban

Y = 94%

ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances