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 1400 kg/h · 5% garamAliran 2ṁ₂ = ? · 30% garamProduk20% garam

Berapa banyak aliran 2 yang harus ditambahkan tiap jam ke aliran 1 agar produk campuran mengandung 20% garam? Cari ṁ2.

ṁ1 = 400 kg/hx1 = 5 %x2 = 30 %x3 = 20 %
ṁ2 = kg/h
2.Neraca massaSulit
EvaporatorUmpan F1300 kg/h · 17% gulaProduk P60% gulaUap W (air murni)W = ? kg/h

Evaporator memekatkan larutan gula dengan menguapkan air murni. Cari air yang diuapkan W dalam kg/h.

F = 1300 kg/hxF = 17 %xP = 60 %
W = kg/h
3.Neraca energiSedang
sisi panassisi dingincampuran glikol · 140 °C80 °Cair · 10 °Ct = ? °C

campuran glikol panas mendinginkan air dalam penukar panas aliran berlawanan tanpa kehilangan panas. Cari suhu keluar air tout.

ṁh = 1 kg/scp,h = 3,6 kJ/(kg·K)Th: 140 → 80 °Cṁc = 2 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)tin = 10 °C
tout = °C
4.Neraca energiSulit
sisi panassisi dingincampuran glikol · 180 °C150 °Cair · 25 °C85 °C · ṁ = ?10% hilang

campuran glikol panas memanaskan air dalam penukar panas yang kehilangan 10% panas dari aliran panas ke lingkungan. Cari laju alir air ṁc yang diperlukan.

ṁh = 3 kg/scp,h = 3,6 kJ/(kg·K)Th: 180 → 150 °Ct: 25 → 85 °Ccp,c = 4,18 kJ/(kg·K)kehilangan = 10 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas idealSedang
460 g HeV = 50 LT = 60 °CP = ?

Tangki 50 L berisi 460 g He pada 60 °C. Anggap sebagai gas ideal dan cari tekanan P.

m = 460 gM = 4,003 g/molV = 50 LT = 60 °CR = 8,314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas idealSulit
Keadaan 1Keadaan 2

Sejumlah tetap He berubah dari 400 kPa, 20 L, 15 °C menjadi 600 kPa dan 140 °C. Cari volume baru V2.

P1 = 400 kPaV1 = 20 LT1 = 15 °CP2 = 600 kPaT2 = 140 °C
V2 = L
7.StoikiometriSedang
m(X)n(X)n(CO2​)m(CO2​)÷ M(X)× 3/ν× M(CO2​)

12 g C3H8 dan 80 g O2 bereaksi menurut C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O. Berapa massa m CO2 yang dapat terbentuk?

M(C3H8) = 44,1M(O2) = 32M(CO2) = 44,01 g/mol
m = g
8.StoikiometriSulit
m(Al)n(Al)n(AlCl3​)m(AlCl3​)÷ M(Al)× 2/2× M(AlCl3​)

Dalam reaksi 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3, 30 g Al bereaksi sempurna (pereaksi lain berlebih) dan diperoleh 91,92 g AlCl3. Tentukan rendemen persen Y.

M(Al) = 26,98 g/molM(AlCl3) = 133,33 g/molaktual: 91,92 g
Y = %

3Larutan

1.Neraca massa

Jawaban: ṁ2 = 600 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) = 400·(5 − 20)/(20 − 30) = 600 kg/h

Jawaban

ṁ2 = 600 kg/h
2.Neraca massa

Jawaban: W = 931,7 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 = 1300·17/60 = 368,3 kg/h

Neraca total

W = F − P = 1300 − 368,3 = 931,7 kg/h

Jawaban

W = 931,7 kg/h
3.Neraca energi

Jawaban: tout = 35,84 °C

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

Panas yang dilepas aliran panas

Q = 1·3,6·(140 − 80) = 216 kW

Panas yang diterima air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 10 + 216/(2·4,18) = 35,84 °C

Jawaban

tout = 35,84 °C
4.Neraca energi

Jawaban: ṁc = 1,163 kg/s

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

Panas dilepas

Qh = 3·3,6·(180 − 150) = 324 kW

Panas yang sampai ke air

Qc = (1 − 0,1)·324 = 291,6 kW

Laju alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 291,6/(4,18·60) = 1,163 kg/s

Jawaban

ṁc = 1,163 kg/s
5.Hukum gas ideal

Jawaban: P = 6366 kPa

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

Mol

n = m/M = 460/4,003 = 114,9 mol
T = 60 + 273,15 = 333,1 K

Tekanan

P = nRT/V = 114,9·8,314·333,1/0,05 = 6366 kPa

Jawaban

P = 6366 kPa
6.Hukum gas ideal

Jawaban: V2 = 19,12 L

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

Suhu mutlak

T1 = 288,1 K, T2 = 413,1 K

Hukum gas gabungan

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 20·(400/600)·(413,1/288,1) = 19,12 L

Jawaban

V2 = 19,12 L
7.Stoikiometri

Jawaban: m = 35,93 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(C3H8) = 12/44,1 = 0,2721 mol
n(O2) = 80/32 = 2,5 mol

Pereaksi pembatas

0,2721/1 = 0,2721, 2,5/5 = 0,5 → C3H8

Massa produk

n(CO2) = 0,2721·3 = 0,8163 mol
m = 0,8163·44,01 = 35,93 g

Jawaban

m = 35,93 g
8.Stoikiometri

Jawaban: Y = 62 %

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(Al) = 30/26,98 = 1,112 mol
m = 1,112·2/2·133,33 = 148,3 g

Rendemen persen

Y = 91,92/148,3·100 = 62%

Jawaban

Y = 62%

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