2. Perpindahan panas dan massa konduktif

Balik ke – 1. Analogi Proses Perpindahan Momentum, Panas dan Massa

Perpindahan panas terjadi melalui tiga mekanisme dasar: konduksi, konveksi dan radiasi. Dalam praktek, lebih daripada satu mekanisme mungkin terlibat dalam proses perpindahan.

  • Konduksi merujuk kepada perpindahan panas melalui media diam. Perpindahan massa yang setara dengan konduksi (perpindahan massa konduktif) adalah difusi molekuler melalui media diam.
  • Konveksi terjadi ketika panas berpindah bersama-sama dengan fluida yang sedang bergerak. Pada perpindahan massa, konveksi (perpindahan massa konvektif) merujuk kepada keadaan dimana difusi molekuler terjadi secara serempak dengan aliran besarnya.
  • Radiasi adalah perpindahan panas dalam bentuk radiasi elektromagnetik. Tidak seperti dua mekanisme terdahulu, perpindahan panas radiatif tidak memerlukan keberadaan media bahan antara dua titik.

Dalam media tanpa ada gerakan internal (mis.: padatan), panas berpindah oleh konduksi dan massa oleh difusi molekuler. Perpindahan ini diatur oleh hukum Fourier dan hukum Fick (lihat disini).

Untuk perpindahan panas:

(1)

Untuk perpindahan massa:

(2)

Dalam persamaan (1) dan (2), qz dan JA adalah flux panas (W/m^2.K) dan massa (mol/m^2.s) ke arah z, k adalah konduktivitas panas media (W/m.K), T adalah suhu (K), DAB adalah difusivitas (koefisien difusi) molekul A dalam media B (m^2/s) dan CA adalah konsentrasi A (mol/m^3). Tanda minus sebelum gradien pada kedua persamaan tersebut bertindak untuk menunjukkan bahwa panas mengalir ke arah penurunan suhu dan massa berpindah ke arah penurunan konsentrasi.

Pada keadaan tunak, semua sifat yang mendefinisikan keadaan sistem (suhu, tekanan, komposisi kimia, dll.) tetap tidak berubah dengan waktu. Mereka mungkin saja bervariasi dengan lokasi dalam sistem. Ingat bahwa pada keadaan tunak, suhu dan konsentrasi hanya tergantung pada lokasi (z), sehingga persamaan (1) dan (2) di atas ditulis sebagai persamaan diferensial biasa.

Kondisi batas untuk integrasi persamaan (1) dan (2) adalah:

Dengan menganggap bahwa konduktivitas panas k tidak banyak berubah dengan suhu dan bahwa difusivitas tidak tergantung konsentrasi, integrasi memberikan:

(3)

(4)

Contoh 1. Hitung laju perpindahan panas melalui dinding beton (3 x 4) m. Salah satu muka dinding yang tebalnya 0,2 m adalah pada 22 oC dan muka yang lain pada 35 oC. Konduktivitas panas beton adalah 1,1 W/m.K.

Penyelesaian:

Dengan menganggap keadaan tunak dan persamaan (3) berlaku

Contoh 2. Difusivitas uap aroma mudah menguap dalam udara diukur dengan prosedur sederhana, yang dikenal dengan metode Winkelman. Cairan mudah menguap ditaruh dalam bejana yang dihubungkan dengan tabung, melalui mana aliran udara dilewatkan (Gambar 1). Aliran udara cukup besar untuk membawa pergi uap secara sempurna dari zona penghubung antara bejana dan tabung. Jarak z dari penghubung ke permukaan cairan diukur sebagai fungsi waktu.

Dalam uji dengan aroma mudah menguap pada 25 oC dengan z mula-mula (t = 0) 30 mm, setelah 6 jam jarak z berubah menjadi 95 mm. Berapakah difusivitas uap aroma dalam udara?

(Data: berat molekul aroma = 110 g/mol; densitas cairan aroma = 940 kg/m^3; tekanan uap aroma pada 25 oC = 34 mm Hg; tekanan atmosfir = 100 kPa).

Penyelesaian:

Metode didasarkan pada pengetahuan bahwa konsentrasi uap dalam udara adalah nol pada bidang 2 dan jenuh pada bidang 1. Keduanya adalah tidak berubah dengan waktu sehingga persamaan keadaan tunak dapat digunakan, walaupun sistem tidak benar-benar dalam keadaan tunak (z berubah dengan waktu).

Tetapi CA2 = 0 sehingga:

Integralkan memberikan

Konsentrasi jenuh dalam udara (kg/m^3) dapat dengan mudah dicari dari data tekanan uap.

Lanjut ke – 3. Konduktivitas panas, difusivitas panas dan difusivitas molekuler

Nanopartikel yang menjanjikan untuk baterai pemasok listrik di daerah 3T

Skema katoda baterai logam-udara.

Peneliti di Laboratorium Elektrokimia dan Korosi, Departemen Kimia ITS telah mengembangkan teknologi berbasis nanopartikel mangan dioksida yang dapat digunakan sebagai pengganti katalis Pt yang harganya mahal untuk reaksi reduksi oksigen. Nanopartikel ini dibuat dengan elektrolisis larutan kalium permanganat dalam air. Dengan mengatur keasaman larutan, morfologi nanopartikel mangan dioksida dapat diatur menjadi nano-batang atau  nano-pipih.

Perangkat penyimpan energi elektrokimia merupakan komponen penting dalam jaringan energi masa depan untuk menyangga pembangkit dan pasokan energi yang diturunkan dari sumber terbarukan. Diantara beberapa kandidat potensial, baterai logam-udara adalah salah satu yang paling menjanjikan. Baterai ini tersusun dari anoda logam dan katoda yang menghirup udara dalam elektrolit yang sesuai. Katoda memiliki arsitektur berpori yang mengijinkan pasokan oksigen terus-menerus dari udara di sekitarnya, yang selanjutnya direduksi dengan adanya katalis (umumnya Pt).

Kedua jenis nanopartikel tersebut memiliki aktivitas katalitik yang bagus untuk reaksi reduksi oksigen dengan mekanisme 2-elektron. Keberhasilan pembuatan katalis murah ini mungkin dapat membantu untuk pengembangan baterai statis untuk daerah tertinggal, terluar, terdepan dimana tidak ada pasokan grid listrik.

Pustaka

M. Mahmudi, W. Widiyastuti, P. Nurlilasari, S. Affandi, H. Setyawan, “Manganese dioxide nanoparticles synthesized by electrochemical method and its catalytic activity towards oxygen reduction reaction,” Journal of the Ceramic Society of Japan, 126(11), 906-913, 2018.

Pendaftaran on line beasiswa PMDSU

batan01

Sebagai tindak lanjut pengumuman sebelumnya mengenai beasiswa PMDSU (disini), pendaftaran beasiswa PMDSU DIKTI sudah dibuka. Pendafataran bisa dilakukan melalui laman:

http://beasiswa.dikti.go.id/pmdsu/

Selain mendaftar beasiswa, calon juga harus mendaftar sebagai mahasiswa ITS syarat dan ketentuan bisa dibaca di:

http://pasca.its.ac.id/beasiswa-program-doktor-sarjana-unggul-pdsu/

Jika ada informasi yang kurang jelas, bisa menghubungi:

Prof. Dr. Heru Setyawan
Jurusan Teknik Kimia ITS
E-mail: sheru@chem-eng.its.ac.id

h-index

ScopusHSTahun lalu, DIKTI mengeluarkan aturan bahwa peneliti yang memiliki h-index Scopus > 2 bisa menjadi ketua pada dua judul penelitian yang didanai oleh DIKTI. Mungkin ada yang bertanya apakah h-index itu dan bagaimana indeks ini dijadikan parameter oleh DIKTI sehingga aturan tersebut diberlakukan. h-index adalah indeks untuk mengkuantifikasi luaran ilmiah seorang peneliti yang diusulkan oleh seorang ahli fisika Jorge E. Hirsch dari University of California at San Diego pada tahun 2005 (Proc. National Academy of Sciences USA, doi: 10.1073/pnas.0507655102). h-index didefinisikan sebagai jumlah paper dengan jumlah sitasi ≥h.

Ada beberapa keterbatasan penggunaan parameter tersebut. Salah satunya adalah mengenai sumber basis data yang digunakan. Saat ini ada beberapa basis data yang digunakan, yaitu: Scopus, Web of Science dan Google Scholar. Scopus dan Web of Science mengumpulkan dan menata jumlah sitasi dan dapat dipakai untuk menghitung h-index setiap peneliti. Serupa, Google Scholar mengumpulkan sitasi penulis dan menghitung melalui Google Scholar Citation. Namun, setiap sumber mungkin menentukan nilai h-index yang berbeda untuk seorang peneliti yang sama. Kadang-kadang variasinya bisa besar untuk masing-masing sumber.

Untuk menentukan h-index seorang peneliti menurut definisi diatas, artikel disusun dengan urutan mengecil, berdasarkan pada berapa kali artikel disitasi. Sebagai contoh, jika seorang peneliti memiliki delapan paper yang masing-masing telah disitasi 35, 28, 19, 10, 7, 6, 5 dan 3 kali, h-index peneliti tersebut adalah 6. Paper pertama 35 memberi nilai 1 – ada satu paper yang telah disitasi paling tidak 1 kali. Paper kedua memberi 2, ada dua paper yang telah disitasi paling tidak 2 kali. Paper ketiga memberi 3, dan begitu seterusnya sampai 6 dengan paper tertinggi keenam. Dua paper terakhir tidak berpengaruh dalam contoh ini karena jumlah sitasinya kurang dari 6 kali.

Artikel      Jumlah sitasi
1              35
2              28
3              19
4              10
5              7
6              6 = h-index
————————
7              5
8              3

Seven proposals’re funded by PKM-P 2014

Aspen Aerogels Cryogenic Insulation SystemContinuing the recent years success on PKM-P, once again, seven research proposals of eight submitted by our students were successfully considered to be funded by the Directorate General of Higher Education, the Ministry of Education and Culture through Students Creativity Program – Research (Program Kreativitas Mahasiswa – Penelitian, PKMP) this year. They are

  1. Inovasi Katalis Asam Padat Silika Tersulfonasi dari Water Glass untuk Proses Pembuatan Minyak Pelumas dari crude palm oil, Andrianto Prasetyo et al.
  2. Sintesa silika aerogel berbasis abu bagasse yang didoping logam Ni untuk penyimpan hifrogen sebagai energi masa depan, Azzah Dyah Pramata et al.
  3. Inovasi pembuatan isolator panas silika menggunakan metode deposisi elektroforesis untuk rumah hemat energi, Dita Agustina et al.
  4. Sintesis nanopartikel MnO2 dengan metode elektrokimia sebagai superkapasitor, Yeremia Erwin Sugiharto et al.
  5. Inovasi pembuatan nanokomposit HA dengan metode elektrodeposisi untuk aplikasi biomedis, Danu Prihatma et al.
  6. Kinerja Elektrokimia Nanokomposit Fe3O4/C Sebagai Alternatif Anoda Baterai Ion Lithium, Resty Marsellya et al.
  7. Sintesis komposit silika-karbon dari geothermal sludge untuk aplikasi adsorbent zat warna pada limbah industri tekstil, Hanif Mubarok et al.

Telah terbit buku Kimia Fisika karya Prof. Heru Setyawan

kimiafisika

Harga: Rp. 75.000

Bisa dibeli di Lab Elektrokimia dan Korosi, Dep. Teknik Kimia ITS

atau

Transfer uang sejumlah Rp. 75.000 (harga buku) + Rp. 20.000 (ongkos kirim sampai 5 buku) ke rek: 00141772828 (BNI) a.n. Heru Setyawan. Konfirmasi disertai bukti tranfer dan alamat kirim ke: setyajp@yahoo.com.

Satu lagi karya berupa buku diterbitkan oleh Prof. Heru Setyawan, buku Kimia Fisika. Buku ini disusun untuk mengakomodasi kurikulum baru Teknik Kimia ITS (kurikulum 2009) dimana thermodinamika yang dulunya masuk dalam kuliah ini semuanya dimasukkan di mata kuliah Thermodinamika. Sementara, buku-buku kimia fisika yang ada umumnya sebagian besar bahasannya bertumpu pada thermodinamika.

Kimia fisika adalah studi tentang prinsip fisika yang mendasari sifat dan perilaku yang mengatur sistem kimia. Dalam kimia murni, kimia fisika biasanya dibagi menjadi empat bidang: thermodinamika, kimia kuantum, mekanika statistika dan kinetika. Thermodinamika adalah sains makroskopis yang mempelajari hubungan antar berbagai sifat kesetimbangan dari sistem dan perubahan sifat kesetimbangan dalam proses. Kimia kuantum membahas aplikasi mekanika kuantum terhadap struktur atom, ikatan molekul dan spektroskopi. Sains thermodinamika adalah sebagai akibat dari apa yang terjadi pada tingkat molekul (mikroskopis). Tingkat molekul dan makroskopis dihubungkan satu sama lain oleh cabang ilmu yang disebut mekanika statistika.

Kinetika adalah studi tentang kecepatan proses seperti reaksi kimia, difusi dan aliran muatan listrik dalam sel elektrokimia. Teori kinetika menggunakan bagian yang relevan dari thermodinamika, mekanika kuantum dan mekanika statistika. Prinsip kimia fisika menyediakan kerangka untuk semua cabang kimia dan teknik.

Buku ini ditujukan untuk kuliah program sarjana dalam kimia fisika untuk, khususnya teknik kimia, meskipun dapat juga digunakan untuk bidang teknik secara umum. Dalam penulisan, keempat bidang diatas tidak dibagi secara tegas, tetapi suatu topik yang memerlukan penjelasan dari bagian lain akan secara langsung diberikan disitu.

Buku ini ditulis dengan mengingat agar penulisannya jelas, tepat dan cukup mendalam tetapi tetap mudah untuk diikuti. Beberapa penurunan detail tidak diberikan tetapi tinjauan tentang hal itu diberikan sehingga bagi yang tertarik bisa membaca sendiri pustaka yang diberikan.

Buku ini terdiri dari enam bab yang meliputi: (1) wujud zat, (2) teori kinetika gas, (3) sifat transport, (4) larutan, (5) elektrokimia dan (6) permukaan dan koloid. Topik yang dibahas merupakan dasar bagi kuliah berikutnya seperti Operasi Teknik Kimia, Sistem Utilitas Pabrik Kimia, Proses Perpindahan, dan sebagainya.

Dalam Bab 1, tinjauan ulang tentang wujud zat yang berupa gas, padat dan cair diberikan. Teori tentang perubahan fasa dan kesetimbangan fasa satu komponen zat murni dibahas dengan detail untuk memberikan pengertian yang lebih baik tentang faktor-faktor yang memengaruhi perubahan fasa. Perilaku gas ideal dan keberlakuannya yang menghubungkan parameter makro seperti tekanan, volume dan suhu dibahas secara rinci. Penyimpangan gas ideal dari gas nyata diberikan dengan konsep faktor kompresibilitas. Konsep tersebut dicoba untuk dijelaskan dengan teori van der Waals. Teori zat padat yang meliputi ikatan kimia dalam zat padat dan kristalografi juga dipaparkan. Untuk zat cair, karena tidak ada keteraturan yang jelas, teori tentang zat cair belum bisa dijelaskan dengan baik.

Bab 2 membahas tentang teori kinetika gas sebagai salah contoh bagaimana mengembangkan teori dalam sains yang kemudian bisa dibuktikan dengan percobaan. Teori kinetika gas merupakan dasar untuk mengembangkan beberapa sifat transport seperti viskositas, konduktivitas dan difusivitas gas yang dibahas dalam Bab 3. Dalam Bab 3, selain sifat transport gas, sifat transport untuk zat cair dan zat padat juga dibahas. Selain itu, pendekatan yang detail daripada pendekatan teori kinetika gas untuk memperkirakan sifat transport gas juga dibahas, meskipun penurunan detailnya tidak diberikan.

Bab 4 membahas tentang larutan, terutama larutan dimana pelarutnya adalah air. Ada dua jenis larutan yang dibahas, termasuk sifatnya, yaitu: larutan non-elektrolit dan larutan elektrolit. Sifat penting yang dibahas adalah sifat koligatif larutan dan untuk larutan elektrolit, sifat transport lain yang meliputi konduktivitas, mobilitas ion, dan sebagainya, juga dibahas.

Bab 5 membahas tentang elektrokimia dan aplikasinya. Beberapa teori dasar elektrokimia, terutama dari sudut pandang thermodinamika (sistem dalam kesetimbangan) dibahas secara detail. Aplikasi industri untuk analisa dan contoh proses elektrolisa untuk produksi juga diberikan.

Bab 6 membahas tentang permukaan dan koloid. Teori adsorpsi isothermis umum diberikan dan contoh model adsorpsi isothermis yang banyak digunakan, yang meliputi: isothermis Langmuir, Friendlich dan BET, dipaparkan. Jenis-jenis koloid dan faktor yang memengaruhi stabilitas koloid dibahas secara rinci.

Cara beli (Harga Rp. 75.000):

  • di Lab Elektrokimia dan Korosi, Dep. Teknik Kimia ITS.
  • Isi formulir di bawah setelah transfer Rp. 75.000 (harga buku) + Rp. 20.000 (ongkos kirim sampai 5 buku) ke rek: 00141772828 (BNI) a.n. Heru Setyawan

Seminar of progress report

Yesterday, started from 08.00 a.m., four doctoral students presented the progress of their research work relating with their dissertation. The seminar of the progress report is held periodically by the department to monitor the progress of work carried out by doctoral students. Srie Muljani presented her research on the preparation of silica-based materials from geothermal sludge. Geothermal sludge is solid waste of geothermal power plant. The solid waste was taken from the geothermal power plant located in Dieng plateau, Central Java. The silica content in geothermal sludge is approximately 85% that make it a viable raw material for advanced silica-based materials.

Nanik Astuti Rahman presented her work on the preparation of amine-grafted silica gel from bagasse ash for CO2 removal. Bagasse ash is solid waste of sugar cane mills. There are many sugar cane mills in East Java, Indonesia. Most of the sugar cane mills use bagasse, a cellulose fiber remaining after extracting the cane juice, as fuel for boilers to generate steam during sugar processing. Bagasse ash is rich in silica (>51%) and can be a viable raw material for advanced silica-based materials. In addition, silica surface is rich in silanol group that make it possible to graft other functional group for specific purpose such as CO2 removal.

Adrian Nur presented his research work on the synthesis of nanosized hydrozyapatite (HA) by electrochemical method. HA is phosphate mineral encountered in bone and dental that make it biocompatible for use as bioimplant. There were two possible phase of phosphate formed using this method: HA and brushite. The initial phase after beginning the electrolysis was brushite and after that, it converted into HA. Aging the suspension after electrolysis also could convert brushite into HA.

Nazriati presented her work on the effect of Ni doping on the properties of silica aerogel produced from bagasse ash by ambient pressure drying. The presence of Ni seems to decrease the surface area of the silica aerogel. The Ni-doped silica aerogel will be tested for their capability to adsorb hydrogen. Previous studies showed that doping of Ni on MCM-41 enhanced the capacity of hydrogen storage.

Three master students presented their report the day before. They were Ni Made Intan Putri Suari, Vania Mitha Pratiwi and Zarra Miantina Putrie. Intan presented her work on electrodeposition of nanosized silica on steel for corrosion protection, Mitha on the electrochemical performance of Fe3O4/C composite as anode material for rechargable batteries and Zarra on sulfonate-grafted silica/chitosan membrane for proton exchange membrane.

membergns1013
Rizka, Ina, Tigor, Winny, Kiki, Eka, Supri, Sabrina, Andar, Wangling, Irul, Ima, Sri, Fanny, Dwi, Merry

Two weeks before, our bachelor students presented their poster paper. The topics are as the following:

  1. Wangling – Rizka: Fe3O4/C composite as anode material for rechargable batteries
  2. Ina -Tigor: Synthesis of MnO2 by electrolysis of KMnO4
  3. Andar – Supri: Silica/C composite from geothermal sludge
  4. Irul – Fanny: Electrophoretic deposition of Hydroxyapatite/SiO2 on titanium for dental implant
  5. Yuni – Merry: Preparation of sulfonate-grafted silica from sodium silicate as an acid catalyst
  6. Ima – Dwi: Grafting of amine on silica produced from bagasse ash for CO2 adsorbent
  7. Winny – Kiki: Thermal insulator from silica gel prepared by electrodeposition of silica sol from sodium silicate
  8. Shabrina – Eka: Hydrophobic coating of Cu by electrophoretic deposition of nanosilica for corrosion protection