Kalkulator Densitas Etilena Cair | Alat Gratis untuk Insinyur

Apa itu kalkulator densitas etilena cair?

Kalkulator densitas etilena cair memperkirakan densitas etilena cair (C₂H₄) berdasarkan suhu dan tekanannya. Kalkulator ini menggunakan korelasi DIPPR, yaitu persamaan standar yang digunakan di seluruh industri teknik kimia untuk memprediksi perilaku cairan. Alat ini bekerja untuk suhu dari 104 K hingga 282 K dan tekanan dari 1 bar hingga 100 bar.

Etilena berbentuk gas pada suhu kamar. Produsen mendinginkannya hingga suhu kriogenik, di bawah sekitar -104 °C (169 K) pada tekanan atmosfer, agar tetap cair selama penyimpanan dan pengangkutan. Etilena cair memuat massa yang jauh lebih besar dalam volume yang sama dibandingkan gasnya, sehingga fasilitas menyimpan dan mengangkutnya sebagai cairan. Mengetahui densitasnya pada suhu dan tekanan tertentu penting untuk menentukan ukuran tangki penyimpanan, memeriksa aliran dalam pipa, dan menyeimbangkan massa di fasilitas.

Rumus densitas etilena cair

Kalkulator ini menggunakan Persamaan DIPPR 105, yaitu korelasi yang dibangun dari pengukuran eksperimental densitas cairan jenuh. Kalkulator mula-mula menentukan densitas molar pada suhu yang dipilih, kemudian mengubahnya menjadi densitas massa, lalu menyesuaikannya terhadap tekanan.

Langkah 1: Densitas molar pada tekanan acuan

$\rho_m = \frac{A}{B^{\,1 + \left(1 - \frac{T}{T_c}\right)^{D}}}$

Langkah 2: Mengubahnya menjadi densitas massa

$\rho_{ref} = \rho_m \times M$

Langkah 3: Menyesuaikannya terhadap tekanan

$\rho = \rho_{ref} \times \left[1 + \kappa \left(P - P_{ref}\right)\right]$

Dengan:

$A$, $B$, $T_c$, dan $D$ adalah konstanta hasil pencocokan untuk etilena, bukan hasil pengukuran fisik yang dimasukkan oleh pengguna. Kalkulator hanya meminta suhu dan tekanan.

Densitas lebih sensitif terhadap suhu daripada terhadap tekanan. Cairan hampir tidak dapat dimampatkan, sehingga suku tekanan hanya menggeser hasil sebesar persentase kecil, bahkan di seluruh rentang 1–100 bar kalkulator. Sebaliknya, suhu menyebabkan sebagian besar perubahan densitas.

Cara menghitung densitas etilena cair: contoh perhitungan

Tentukan densitas etilena cair pada 200 K dan 50 bar.

Langkah 1. Hitung suku suhu:

$1 - \frac{200}{282.34} = 0.2916$

Langkah 2. Pangkatkan hasilnya dengan pangkat $D = 0.29147$:

$0.2916^{0.29147} = 0.6983$

Langkah 3. Tambahkan 1 lalu pangkatkan $B$ dengan pangkat tersebut:

$0.27657^{\,1.6983} = 0.11273$

Langkah 4. Bagi $A$ dengan hasil tersebut, lalu kalikan dengan massa molar:

$\rho_{ref} = \frac{2.0961}{0.11273} \times 28.054 = 521.6345 \text{ kg/m}^3$

Ini adalah densitas pada tekanan acuan 1 bar (0,1 MPa). Kalkulator membawa nilai ini dengan presisi penuh ke langkah berikutnya; jika dibulatkan untuk tampilan, nilainya adalah 521,63 kg/m³.

Langkah 5. Terapkan koreksi tekanan untuk 50 bar (5 MPa) pada densitas acuan yang belum dibulatkan:

$\rho = 521.6345 \times \left[1 + 0.00125 \times (5 - 0.1)\right] = 524.83 \text{ kg/m}^3$

Kalkulator menghasilkan 524,83 kg/m³ untuk 200 K dan 50 bar.

Contoh lainnya

Tabel tersebut menunjukkan polanya dengan jelas. Perubahan dari 150 K menjadi 250 K pada 10 bar tetap menurunkan densitas sekitar 175 kg/m³, atau penurunan sebesar 29%. Perubahan dari 10 bar menjadi 100 bar pada 200 K tetap hanya menaikkan densitas sekitar 6 kg/m³, atau kira-kira 1%. Perubahan suhu berdampak jauh lebih besar daripada perubahan tekanan dalam rentang yang dicakup alat ini.

Rentang input yang valid

Kalkulator menerima suhu dari 104 K hingga 282 K dan tekanan dari 1 bar hingga 100 bar.

• Di bawah 104 K, etilena mendekati titik bekunya dan korelasi ini belum tervalidasi.
• Di atas 282 K, suhu mendekati suhu kritis etilena (282,34 K), yaitu titik di atasnya cairan dan gas menjadi tidak dapat dibedakan. Korelasi ini tidak dapat menggambarkan wilayah tersebut.
• Di luar 1–100 bar, suku koreksi tekanan belum tervalidasi dan hasilnya mungkin tidak andal.

Memasukkan nilai di luar rentang tersebut menghasilkan galat validasi, bukan hasil perhitungan.

Mengapa densitas etilena cair penting

Perhitungan densitas mendukung beberapa tugas sehari-hari di pabrik kimia:

• Penentuan ukuran tangki penyimpanan. Etilena cair memuai saat menghangat. Tangki harus memiliki ruang kosong yang cukup untuk menampung pemuaian tersebut dengan aman.
• Perancangan pipa dan pompa. Perhitungan penurunan tekanan dan isap pompa sama-sama bergantung pada densitas cairan yang mengalir melalui pipa.
• Neraca massa. Pengukur aliran sering mengukur volume, bukan massa. Konversi volume menjadi massa memerlukan nilai densitas yang akurat.
• Serah terima komoditas. Ketika etilena berpindah tangan antara pemasok dan pembeli, pengukuran volume dikonversi menjadi massa menggunakan densitas, yang secara langsung memengaruhi jumlah yang ditagihkan.

Keterbatasan

Korelasi ini merupakan perkiraan dengan ketelitian sekitar 2% dalam rentang validnya, berdasarkan pencocokan DIPPR yang mendasarinya terhadap data eksperimental. Korelasi ini bukan pengganti persamaan keadaan lengkap di dekat titik kritis, untuk campuran etilena dengan gas lain, atau untuk perhitungan yang sangat penting bagi keselamatan dan memerlukan data acuan tersertifikasi, seperti basis data NIST REFPROP.

Pertanyaan yang sering diajukan

Dalam satuan apa densitas etilena cair diukur? Kalkulator melaporkan densitas dalam kilogram per meter kubik (kg/m³), satuan SI standar untuk densitas dalam teknik kimia.

Satuan suhu dan tekanan apa yang digunakan kalkulator? Suhu dinyatakan dalam Kelvin (K) dan tekanan dalam bar. Untuk mengonversi dari Celsius, tambahkan 273,15. Untuk mengonversi dari psi ke bar, kalikan dengan 0,06895.

Apa itu Persamaan DIPPR 105? Persamaan DIPPR 105 adalah bentuk matematis standar yang digunakan untuk mencocokkan data eksperimental densitas cairan jenuh sebagai fungsi suhu. DIPPR adalah singkatan dari Design Institute for Physical Properties, sebuah konsorsium penelitian yang mengumpulkan dan memvalidasi data sifat fisik bahan kimia industri.

Mengapa tekanan hampir tidak mengubah densitas? Cairan jauh lebih tahan terhadap pemampatan daripada gas. Koreksi tekanan dalam kalkulator ini, yang didasarkan pada kompresibilitas isotermal sebesar 0,00125 per MPa, hanya mengubah densitas sebesar beberapa kg/m³ bahkan di seluruh rentang 1–100 bar.

Dapatkah kalkulator ini digunakan untuk gas etilena? Tidak. Kalkulator ini hanya memodelkan fase cair. Etilena dalam fase gas memerlukan himpunan persamaan yang berbeda, seperti model faktor kompresibilitas atau persamaan keadaan.

Seberapa akurat kalkulator ini di dekat suhu kritis? Keakuratannya menurun ketika suhu mendekati 282,34 K, yaitu suhu kritis yang digunakan dalam korelasi. Di dekat titik tersebut, perubahan suhu kecil menyebabkan perubahan densitas yang besar dan sulit diprediksi, dan korelasi ini tidak dirancang untuk wilayah tersebut.

Referensi

1. Design Institute for Physical Properties (DIPPR), disponsori oleh American Institute of Chemical Engineers (AIChE). Basis data Proyek DIPPR 801.
2. Buku Web Kimia Institut Nasional Standar dan Teknologi (NIST), Nomor Basis Data Referensi Standar 69.
3. Poling, B.E., Prausnitz, J.M., & O'Connell, J.P. (2001). The Properties of Gases and Liquids (edisi ke-5). McGraw-Hill.