Dokumen tersebut membahas tentang fenomena perpindahan yang mencakup perpindahan momentum, energi panas, dan massa. Ketiga fenomena perpindahan tersebut dapat terjadi melalui proses difusi dan dipengaruhi oleh hukum-hukum fisika seperti hukum Newton, Fourier, dan Fick."

1. 1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Dalam fisika, kimia, dan teknik, fenomena perpindahan adalah salah satu dari
berbagai mekanisme di mana partikel atau kuantitas fisik berpindah dari satu tempat
ke tempat lain. Tiga contoh umum fenomena perpindahan adalah difusi,konveksi,
dan radiasi. Tiga jenis utama fenomena perpindahan adalah perpindahan
panas, perpindahan massa, dan perpindahan momentum (dinamika fluida).
Kejadian fisis akan selalu dibarengi oleh berpindahnya satu atau lebih dari tiga
besaran yang berikut : massa, momentum dan energy (panas). Peristiwa perpindahan
ini akan dijumpai dalam semua operasi teknik kimia. Cabang ilmu yang disebut
“peristiwa perpindahan” mempelajari kejadian-kejadian fisis yang berlangsung
selama suatu proses terjadi, dan mencari suatu model matematis, yang dapat
menggambarkan perubahan-perubahan yang berlangsung dalam peristiwa itu.
Dengan menggunakan matematika diusahakan supaya perubahan-perubahan
dalam suatu peristiwa dapat dinyatakan dengan persamaan matematis. Usaha ini
selalu di awali dengan membuat suatu neraca, yaitu neraca massa,neraca momentum
atau neraca panas.

2. 2
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengertian Peristiwa Perpindahan
Dalam menghadapi perancangan alat proses, orang ingin mendapat gambaran
sejelas mungkin dari kejadian yang akan berlangsung dalam alat itu. Analisis
system teknik kimia akan mendapatkan gambaran atau perkiraan itu ia dapat
memperoleh keterangan-keterangan kualitatif dan semi-kuantitatif tentang proses
itu. Keterangan-keterangan ini akan berguna sekali dalam perancangan alat tadi.
Kejadian fisis akan selalu dibarengi oleh berpindahnya satu atau lebih dari tiga
besaran yang berikut : massa, momentum dan energy (panas). Peristiwa
perpindahan ini akan dijumpai dalam semua operasi teknik kimia. Cabang ilmu
yang disebut “peristiwa perpindahan” mempelajari kejadian-kejadian fisis yang
berlangsung selama suatu proses terjadi, dan mencari suatu model matematis, yang
dapat menggambarkan perubahan-perubahan yang berlangsung dalam peristiwa itu.
Dengan menggunakan matematika diusahakan supaya perubahan-perubahan
dalam suatu peristiwa dapat dinyatakan dengan persamaan matematis. Usaha ini
selalu di awali dengan membuat suatu neraca, yaitu neraca massa,neraca
momentum atau neraca panas. Neraca-neraca itu didasarkan atas ketiga hukum
kekekalan :
Semua peristiwa menunjukkan adanya perubahan. Juga peristiwa perpindahan
memperlihatkan berubahnya besaran dan sifat fisis. Perubahan itu dinyatakan
dengan perbandingan diferensial sesuai dengan ilmu hitung diferensial.
Dengan menggunakan segala alat bantu, yang diuraikan diatas, maka ilmu
“peristiwa perpindahan” bertujuan menemukan fungsi matematis yang dapat
menyatakan perubahan-perubahan dalam peristiwa itu sebaik mungkin.
“Bahwa massa,momentum dan energi (panas) tidak dapat musnah,
akan tetapi hanya berubah bentuk.”

3. 3
2.2. Proses perpindahan
Dalam fisika, kimia, dan teknik, fenomena perpindahan adalah salah satu dari
berbagai mekanisme di mana partikel atau kuantitas fisik berpindah dari satu
tempat ke tempat lain. Tiga contoh umum fenomena perpindahan
adalah difusi,konveksi, dan radiasi. Tiga jenis utama fenomena perpindahan
adalah perpindahan energi , perpindahan massa, dan perpindahan
momentum (dinamika fluida).
Satu prinsip penting dalam fenomena perpindahan adalah adanya analogi antar
tiap fenomena. Sebagai contoh, massa, energi, dan momentum semua dapat
mengalami perpindahan secara difusi:
- Penyebaran atau disipasi bau di udara merupakan contoh difusi massa
- Konduksi panas pada bahan padat adalah contoh difusi panas
- Seretan (drag) yang dialami butiran hujan sewaktu jatuh dalam atmosfer
adalah contoh dari difusi momentum (butiran hujan kehilangan
momentumnya ke udara sekitar melalui tegangan kental, viscous stress, dan
berkurang kecepatannya)
Perpindahan massa, energi, dan momentum juga dipengaruhi faktor-faktor luar:
- Disipasi atau pelesapan bau menjadi lebih lambat jika sumber bau tetap ada
- Laju pendinginan suatu zat padat yang menghantarkan panas tergantung
pada apakah sumber panas ada
- Gaya gravitasi yang bekerja terhadap butiran hujan melawan seretan yang
disebabkan udara sekitar
Semua pengaruh ini dijelaskan oleh persamaan perpindahan skalar generik.
Persamaan yang sama yang mengatur konveksi pada perpindahan panas dapat
diterapkan pada konveksi pada perpindahan massa. Sewaktu mempelajari problem
fenomena perpindahan yang kompleks, seseorang harus menggunakan mekanika
malaran (continuum mechanics) dan kalkulus tensor dan seringkali permasalahan
tersebut dapat dijelaskan dengan persamaan diferensial parsial.

4. 4
Ada beberapa kesamaan pada persamaan perpindahan panas, momentum, dan
massa semuanya dapat dipindahkan dengan difusi:
 Massa: tersebarnya bau di udara merupakan contoh difusi massa.
 Panas: konduksi panas pada material padat merupakan contoh difusi panas.
 Momentum: drag yang dialami oleh tetesan air hujan di atmosfer
merupakan contoh difusi momentum.
Persamaan perpindahan molekuler untuk momentum Hukum Newton,
panas Hukum Fourier, dan massa Hukum Fick sangat mirip.
Perbandingan fenomena difusi
Besaran yang
berpindah
Fenomena
fisika
Persamaan
Momentum Viskositas
(Fluida
Newtonian)
Energi Konduksi
panas
(Hukum
Fourier)
Massa Difusi
molekuler
(Hukum
Fick)

5. 5
BAB III
PEMBAHASAN
3.1. Perpindahan Momentum
Pada perpindahan momentum transfer, fluida dibayangkan sebagai objek
yang terdistribusi kontinyu. Studi mengenai perpindahan momentum atau mekanika
fluida dapat dibedakan menjadi 2 cabang : statika fluida (fluida diam) dan dinamika
fluida (fluida bergerak).
Macam – macam aliran fluida :
1. Aliran Laminar : bagian – bagian fluida bergerak melalui jalur – jalur yang
sejajar satu dengan yang lain dan tetap mengikuti alir
2. Aliran Turbulen : terdapat banyak aliran bergolar ke samping meninggalkan
arah alir
3.1.1. Dasar hukum perpindahan Momentum
Momentum merupakan produk dari adanya massa dan kecepatan dari
sebuah objek ( dasar jika benda tidak memiliki kecepatan maka benda itu tidak
memiliki momentum). Untuk permasalahan transfer momentum bisa kita lihat pada
sebuah aliran di antara dua plat sejajar, dimana jarak antar plat adalah Y. plat
terbawah digerakkan dengan kecepatan V. pada saat fluida bergerak akan timbul
momentum dengan arah tegak lurus aliran, serta pada saat steady, distribusi
kecepatan digambarkan sebagai berikut :
Sumber : http://profarizhidayat.blogspot.co.id/2013/05/newtons-law-of-
viscosity-dasar-hukum.html
Untuk yang biasanya digunakan pada textbook biasanya diganti F/A =
τyx dimana persamaan ini didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada arah x pada
area tegak lurus arah y (lebih mudah disebut dengan fluks momentum y ke arah
x).lebih jauh lagi, untuk V/Y juga diganti dengan –dvx/dy (kenapa bisa siganti
begitu: ingat makna dari dvx/dy adalah perubahan kecepatan searah dengan x (delta
x) tiap y satuan (delta y). Sehingga persamaan dituliskan menjadi :

6. 6
𝜏 𝑦𝑥 = − 𝜇
𝑑𝑣 𝑥
𝑑𝑦
persamaan ini menyatakan bahwa shearing force per unit area (F/A) itu
sebanding dengan negative velocity gradient yang juga familiar dikenal sebagai
Hukum Newton untuk viskositas. Hukum newton untuk viskositas ini akan
mendasari kita dalam pengerjaan berbagai persoalan transfer momentum.
Di dalam fluida yang mengalir ada 2 jenis perpindahan momentum :
1. Perpindahan momentum secara molekuler
Perpindahan momentum yang ditimbulkan karena gaya tarik menarik antar –
molekul
2. Perpindahan momentum secara konveksi
Perpindahan momentum karena aliran massa
Ketika fluida bergerak pada arah x paralel dengan permukaan solid, fluida tersebut
memiliki momentum pada arah-x dengan konsentrasi υxρ. Dengan difusi acak
molekul maka ada perpindahan molekul pada arah-z. Maka momentum pada arah-x
berpindah ke arah-z dari lapisan yang bergerak lebih cepat ke lapisan yang bergerak
lebih lambat. Persamaan perpindahan momentum menurut Hukum Newton tentang
Viskositas dapat ditulis sebagai berikut:
dengan τzx adalah fluks momentum arah-x pada arah-z, ν is μ/ρ, difusivitas
momentum z adalah jarak transport atau difusi,ρ adalah densitas, dan μ adalah
viskositas.
3.2. Perpindahan Energi Panas
Transfer energi panas biasanya terjadi pada banyak proses kimia dan proses
lainnya. Transfer panas seringkali terjadi dalam bentuk kombinasi diantara berbagai
unit operasi, seperti pengeringan kayu atau makanan, pembakaran bahan bakar, dan
evaporasi. Transfer energi terjadi karena perbedaan temperatur dan aliran panas
dari temperatur yang tinggi ke yang rendah.
Dalam termodinamika, panas didefinisikan sebagai energi yang terkandung
dalam batasan sistem, dan energi tersebut mengalir karena perbedaan temperatur
anatara siatem dengan lingkungan. Hukum kedua termodinamika panas selalu
mengalir melewati batasan sistem menuju temperatur yang lebih rendah. Akan

7. 7
tetapi termodinamika tidak menjelaskan bagaimana energi panas tersebut ditransfer.
Ini adalah tugas dari perpindahan panas untuk menjelaskannya. Terdapat tiga
macam jenis perpindahan panas, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.
a. Perpindahan Energi Panas Konduksi
Perpindahan ini dapat terjadi pada benda padat, cair, maupun gas. Laju
perpindahan kalor melalui konduksi dapat dihitung secara makroskopik
berdasarkan Hukum Fourier.
Contoh sederhana dalam kehidupan sehari-hari misalnya, ketika kita
membuat kopi atau minuman panas, lalu kita mencelupkan sendok untuk mengaduk
gulanya. Biarkan beberapa menit, maka sendok tersebut akan ikut panas. Panas dari
air mengalir ke seluruh bagian sendok. Atau contoh lain misalnya saat kita
membakar besi logam dan sejenisnya. Walau hanya salah satu ujung dari besi
logam tersebut yang dipanaskan, namun panasnya akan menyebar ke seluruh
bagian logam sampai ke ujung logam yang tidak ikut dipanasi. Hal ini
menunjukkan panas berpindah dengan perantara besi logam tersebut.
b. Perpindahan Energi Panas Radiasi
Perpindahan panas radiasi adalah pengetahuan mengenai transfer energi
dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Tidak seperti perpindahan konduksi,
gelombang elektromagnetik tidak memerlukan medium untuk perambatan
energinya. Oleh karena kemampuannya merambat di ruangan vakum, radiasi panas
menjadi dominan pada transfer panas di ruang hampa dan di luar angkasa
Sebagai contoh, ketika matahari bersinar terik pada siang hari, maka kita
akan merasakan gerah atau kepanasan. Atau ketika kita duduk dan mengelilingi api
unggun, kita merasakan hangat walaupun kita tidak bersentukan dengan apinya
secara langsung. Dalam kedua peristiwa di atas, terjadi perpindahan panas yang
dipancarkan oleh asal panas tersebut sehingga disebut dengan Radiasi.
c. Perpindahan Energi Panas Konveksi
Konveksi adalah perpindahan panas karena perpindahan zat. Peristiwa
konveksi (aliran zat) terjadi pada perubahan suhu suatu zat. Zat cair atau gas yang
terkena panas molekul-molekulnya bertambah besar dan beratnya tetap, sehingga
akan bergerak ke atas. Gerakan ke atas ini akan diikuti oleh gerakan zat lain secara

8. 8
terus-menerus sehingga terjadi aliran zat karena panas. Dari peristiwa aliran inilah,
maka panas dapat merambat secara konveksi.
Contoh ketika kita memanaskan air menggunakan kompor, kalor mengalir
dari nyala api (suhu lebih tinggi) menuju dasar wadah (suhu lebih rendah). Karena
mendapat tambahan kalor, maka suhu dasar wadah meningkat. Ingat ya, yang
bersentuhan dengan nyala api adalah bagian luar dasar wadah. Karena terdapat
perbedaan suhu, maka kalor mengalir dari bagian luar dasar wadah (yang
bersentuhan dengan nyala api) menuju bagian dalam dasar wadah (yang
bersentuhan dengan air). Suhu bagian dalam dasar wadah pun meningkat. Karena
air yang berada di permukaan wadah memiliki suhu yang lebih kecil, maka kalor
mengalir dari dasar wadah (suhu lebih tinggi) menuju air (suhu lebih rendah).
3.3. Perpindahan Massa
Perpindahan massa adalah perpindahan massa dari satu lokasi, biasanya berupa
aliran, fasa, fraksi, atau komponen, ke lokasi lainnya. Perpindahan massa muncul
pada banyak proses, seperti absorpsi, evaporasi, adsorpsi, pengeringan,
presipitasi, filtrasi membran, dan distilasi.
Perpindahan massa digunakan oleh berbagai ilmu sains untuk proses dan
mekanisme yang berbeda-beda, namun frasa ini banyak digunakan pada
ilmu teknik untuk proses fisika yang melibat kandifusi molekuler dan
transport konveksi suatu speses kimia dalam sistem.
Beberapa contoh sederhana proses perpindahan massa
adalah evaporasi air ke atmosfer, penjernihan darah pada ginjal dan liver, serta
distilasi alkohol. Pada proses industri, operasi perpindahan massa termasuk
pemisahan komponen kimia pada kolom distilasi, adsorber seperti scrubber,
adsorber seperti activated carbon bed, dan ekstraksi liquid-liquid. Perpindahan
massa pada umumnya digabungkan dengan proses perpindahan untuk
penerapannya seperti pada menara pendingin industri.
Ketika sistem berisi 2 atau lebih komponen yang konsentrasinya berbeda-beda
antar titik, ada kecenderungan alami dari massa untuk berpindah, untuk
meminimalkan perbedaan konsentrasi dalam sistem. Perpindahan massa dalam
sistem dijelaskan oleh Hukum pertama Fick: 'Difusi fluks dari konsentrasi tinggi ke
konsentrasi rendah berbanding lurus dengan gradien konsentrasi substansi dan

9. 9
difusivitas substansi pada medium.' Perpindahan massa dapat berlangsung karena
ada perbedaan driving force. Beberapa diantaranya adalah:
 Massa dapat berpindah akibat gradien tekanan (difusi tekanan)
 Difusi gata muncul akibat gerak beberapa gaya luar
 Difusi disebabkan oleh gradien temperatur (difusi termal)
Dapat dibandingkan dengan Hukum Fourier mengenai konduksi panas:
dengan D adalah konstanta difusivitas.
Macam- macam jenis transfer massa ( difusi ) pada campuran biner :
a. Difusi Molekuler
b. Difusi antar 2 fase satu film ( difusi dalam aliran turbulen)
c. Difusi antar fase dua film
3.4. Contoh Alat yang Megalami Fenomena Perpindahan
1. Fluidized Bed Spray Dryer
a. Pengertian
Pengeringan hamparan terfluidisasi (Fluidized Bed Spray Drying) adalah
proses pengeringan dengan memanfaatkan aliran udara panas dengan kecepatan
tertentu yang dilewatkan menembus hamparan bahan sehingga hamparan bahan
tersebut memiliki sifat seperti fluida.
b. Prinsip Kerja
Metode pengeringan fluidisasi digunakan untuk mempercepat proses
pengeringan dan mempertahankan mutu bahan kering. Pengeringan ini banyak
digunakan untuk pengeringan bahan berbentuk partikel atau butiran, baik untuk
industri kimia, pangan, keramik, farmasi, pertanian, polimer dan limbah. Proses
pengeringan dipercepat dengan cara meningkatkan kecepatan aliran udara panas
sampai bahan terfluidisasi. Dalam kondisi ini terjadi penghembusan bahan sehingga
memperbesar luas kontak pengeringan, peningkatan koefisien perpindahan kalor
konveksi, dan peningkatan laju difusi uap air. Kecepatan minimum fluidisasi adalah
tingkat kecepatan aliran udara terendah dimana bahan yang dikeringkan masih dapat
terfluidisasi dengan baik, sedangkan kecepatan udara maksimum adalah tingkat
kecepatan tertinggi dimana pada tingkat kecepatan ini bahan terhembus ke luar ruang
pengering.

10. 10
Gambar 2.1. Rangkaian Alat Fluidized Bed Spray Dryer
Fluidisasi tercapai apabila kecepatan aliran udara lebih besar dari kecepatan
minimum fluidisasi. Selama proses pengeringan apabila kecepatan aliran udara
ditingkatkan, tekanan statik udara pengering meningkat dan bahan yang dikeringkan
akan terangkat sampai ketinggian tertentu dan menyebabkan bahan terfluidisasi.
Pada kondisi ini bahan teraduk secara merata dan bantalan udara yang menyangga
bahan pada ketinggian tertentu disebut dalam keadaan fluidisasi minimum.
Jika batas fluidisasi minimum terlampaui maka akan terbentuk bantalan
gelembung udara yang mengakibatkan terjadinya letupan-letupan udara pada
permukaan lapisan, hal ini terjadi terus menerus. Kelembaban adalah suatu istilah
yang berkenaan dengan kandungan air di dalam udara. Udara dikatakan mempunyai
kelembaban yang tinggi apabila uap air yang dikandungnya tinggi, begitu juga
sebaliknya. Secara matematis, kelembaban dihubungkan sebagai rasio berat uap air
di dalam suatu volume udara dibandingkan dengan berat udara kering (udara tanpa
uap air) di dalam volume yang sama.
Proses perpindahan kalor secara konveksi terjadi karena suhu bahan lebih
rendah daripada suhu udara pengering yang dialirkan di sekelilingnya. Udara panas
yang dialirkan ini akan meningkatkan suhu bahan dan menyebabkan tekanan uap air
bahan menjadi lebih tinggi daripada tekanan uap air di udara, sehingga terjadi
perpindahan massa uap air dari bahan ke udara.
Apabila tekanan parsial uap air dalam bahan ternyata lebih besar daripada
tekanan parsial udara sekitarnya, maka uap air akan mengalir dari dalam bahan.
Sebaliknya, apabila tekanan parsial uap air di luar bahan lebih tinggi, maka uap air
akan mengalir masuk ke dalam bahan, maka disinilah terjadinya perpindahan

11. 11
massa karena berkurangnya kandungan air di dalam bahan yang terbawa oleh udara
panas yang berada di sekeliling bahan. Dan apabila tekanan parsial uap air di dalam
bahan sama besarnya dengan tekanan parsial uap di luar bahan maka dalam keadaan
demikian tidak akan terjadi pergerakan uap air serta dalam keadaan demikian ini
terjadi “moisture equilibrium content” atau kadar air yang seimbang. Pada saat
berlangsungnya proses pengeringan, laju perpindahan kalor dapat dihubungkan
dengan laju perpindahan massa uap air ke udara. Proses pengeringan tidak dapat
berlangsung dalam suatu waktu sekaligus, namun diperlukan adanya waktu istirahat
(tempering time), yaitu waktu yang dibutuhkan oleh seluruh air di dalam bahan untuk
mencapai keseimbangannya.
Bahan yang akan dimasukkan dalam Fluidized Bed Spray Drier harus
dihomogenisasikan terlebih dahulu agar ukuran droplet yang dihasilkan seragam dan
tidak terjadi penyumbatan atomizer. Homogenisasi dilakukan dengan cara
pengadukan, maka disinilah terjadinya perpindahan momentum, selanjutnya bahan
dialirkan kedalam atomizer berupa ring/wheel dengan lubang-lubang kecil yang
berputar. Atomization merupakan proses pembentukan droplet, dimana bahan cair
yang akan dikeringkan dirubah ukurannya menjadi partikel (droplet) yang lebih
halus. Tujuan dari atomizer ini adalah untuk memperluas permukaan sehingga
pengeringan dapat terjadi lebih cepat. Pada Industri makanan, luas permukaan
droplet setelah melalui atomizer adalah mencapai 1-400 mikrometer.
c. Kelebihan dan Kekurangan Fluidized Bed Spray Dryer
- Kelebihan
1. Aliran bahan yang menyerupai fluida mengakibatkan bahan bergerak sehingga
otomatis memudahkan operasinya.
2. Pencampuran atau pengadukan bahan menyebabkan kondisi bahan hampir
mendekati isothermal.
3. Pengering tipe fluidisasi cocok untuk skala besar.
4. Laju perpindahan kalor dan laju perpindahan massa uap air antara udara
pengering dan bahan sangat tinggi dibandingkan dengan pengering metode
kontak yang lain.

12. 12
- Kekurangan
1. Membutuhkan energi listrik yang besar disebabkan kecepatan udara yang tinggi.
2. Terjadi fluidisasi heterogen, yaitu partikel-partikel padat tidak terpisah secara
sempurna.
2. Reaktor Nuklir
a. Pengertian
Reaktor nuklir merupakan tempat berlangsungnya reaksi fisi yang dihasilkan dari
interaksi neutron dengan U235
92 . Proses fisi diawali dari gerakan neutron termal
menumbuk inti U235
92 yang menyebabkan inti atom menjadi tidak stabil dan
kehilangan bentuknya, kemudian membelah menjadi unsurunsur yang lebih kecil
sambil melepaskan tenaga dalam bentuk panas dan membebaskan 2-3 neutron baru.
b. Prinsip kerja
Atom adalah unsur kimia terkecil yang merupakan komponen penyususn berbagai
benda yang ada di sekitar kita. Meskipun ukurannya sangat kecil dan tidak dapat
terlihat dengan mata namun atom menyimpan energi potensilan yang sangat besar.
Cara mengubah energi yang tersimpan di dalam atom menjadi energi listrik yang
dapat digunakan oleh manusia?. Agar dapat mengubah energi yang tersimpan di
dalam atom menjadi energi listrik maka kita perlu membangun reaktor nuklir.
Reaktor nuklir pada dasarnya terdiri dari beberapa komponen inti yaitu Fuel bundle
(bahan bakar), Control Rod (tangki kontrol), dan Coolant (cairan pendingin).
Mayoritas reaktor nuklir dimanfaatkan sebagai pembangkit litrik yang menggunakan
uranium sebagai bahan bakar, uranium yang berasal dari pabrik pengolahan bisanya
berbentuk silinder yang ukurannya setara dengan ruas jari orang dewasa. Satu
silinder uranium ini memiliki energi potensial yang setara dengan 800 kg batu bara
atau 560 liter minyak bumi. Silinder- silinder uranium yang disebut sebagai fule
pellets kemudian disusun menjadi Fuel Rod dan Fuel Rod disusun menjadi fuel
bundle. Fuel bundle inilah yang kemudian dimasukkan ke dalam reaktor. Setelah
reaktor reaktor terisi dengan Fuel Bundle maka tahap selanjutnya adalah memulai
reaksi nuklir dengan menembakkan neutron melalui neutron generator. Neutron yang
ditembakkan kemudian akan menabrak nukleus atau inti atom uranium dan membuat
uranium tersebut menjadi tidak stabil. Atom uranium yang tidak stabil kemudian
akan terbelah menjadi dua atom yang lebih ringan. Terbelahnya nukleus atom

13. 13
disebut juga sebagai reaksi fisi. Selain menghasilkan dua atom yang lebih ringan,
reaksi fisi juga melepaskan 3 neutron bebas, energi panas, serta radiasi alpha, beta,
dan gamma. 3 neutron bebas yang dihasilkan dari reaksi awal akan menabrak atom-
atom uranium disekitarnya hingga akhirnya terjadilah reaksi nulklir berantai atau
yang sering disebut Nuclear Chain Reaction. Apabila tingkat reaksi fisi tidak diatur
dan Fuel Bundle tidak didinginkan maka dalam waktu sangat singkat inti reaktor pun
akan mencapai suhu yang amat sangat tinggi. Inilah kenapa pada inti reaktor terdapat
dua komponen penting selain Fuel Bundle yaitu Control Rod dan Coolant. Control
Rod berfungsi untuk mengatur jumlah reaksi nuklir yang terjadi di dalam inti reaktor
dengan cara menangkap neutron- neutron bebas yang dihasilkan dari reaksi fisi.
Semakin banyak neutron yang ditangkap oleh Control Rod maka semakin sedikit
juga reaksi fisi yang bisa terjadi. Sebaliknya apabila Control Rod ditarik maksimal
maka neutron-neutron hasil reaksi fisi akan bebas bergerak dan jumlah reaksi nuklir
pun akan meningkat. Sementara itu, air yang berfungsi sebagai cairan pendingin akan
mendinginkan Fuel Bundle dan menjaga agar suhu reaktor tetap berada di tingkat
yang aman. Karena tingginya suhu di inti reaktor, air ini lama- kelamaan akan
mendidih dan menjadi uap bertekanan tinggi. Maka disinilah reaktor mulai berperan
dalam rangkaian produksi listrik. Air yang dipanaskan di dalam reaktor dan berubah
menjadi uap bertekanan tinggi kemudian disalurkan ke turbin. Tekanan uap yang
sangat tinggi akan menggerakkan turbin yang tersambung generator. Perputaran
generator inilah yang akhirnya menghasilkan energi listrik, sementara itu uap yang
keluar dari turbin akan masuk kedalam kondensor dan mengembun kembali ke
bentuk cair. Air yang terkumpul di kondensor kemudian akan dipompa kemabli ke
inti reaktor dan siklus ini akan terus berjalan seiring dengan berjalannya reaksi nulkir
di dalam inti reaktor dan siklus ini akan terus berjalan seiring dengan berjalannya
reaksi nuklir di dalam inti reaktor.
c. Reaksi fisi
Reaksi fisi terjadi antara neutron dengan inti uranium sehingga terjadi fragmen inti-
inti atom disertai pembebasan energi. Energi pembelahan darin satu inti atom adalah
sekitar 200 MeV. Neutron-neutron baru hasil fisi mengalami proses perlambatan
dalam media moderator dan menjadi neutron termal. Sebagian inti majemuk yang
dihasilkan pada reaksi pembelahan bersifat tidak stabil dan mengalami peluruhan

14. 14
radioaktif menuju inti yang lebih stabil. Contoh reaksi fisi nuklir dan gambar reaksi
fisi sebagai berikut:
Pada gambar berikut disajikan reaksi fisi:
Gambar 2.2. Reaksi Fisi
d. Reaksi fisi berantai
Proses yang terjadi pada reaksi fisi berantai adalah inti menangkap neutron kemudian
membelah menjadi inti baru sambil melepaskan energi dan 3 neutron baru, neutron
baru mengalami proses moderasi di dalam moderator menjadi neutron termal.
Neutron tersebut berdifusi dalam medium bahan bakar sebelum mengalami
kemungkinan bereaksi dengan inti lainnya. Pada setiap reaksi fisi dihasilkan dua inti
baru, dua atau tiga neutron baru dan sejumlah energi panas. Inti-inti baru terbentuk
besifat tidak stabil (radioaktif). Untuk menjadi stabil inti-inti tersebut meluruh
dengan memancarkan sinar-sinar maupun partikel. Inti-inti baru yang muncul
sebagai hasil fisi ini disebut petilan fisi (fragmen fisi) dan biasanya mempunyai
e. Perpindahan kalor
Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan
energi tidak dapat dimusnahkan. Energi hanya mengalami perubahan bentuk.
Sebagai contoh energi gerak yang dilakukan oleh sebuah motor dapat berubah
menjadi kalor, dan sebagainya. Dalam hal ini perpindahan kalor dapat melalui 3 cara,
yaitu:ukuran tidak sama.

15. 15
a. Pancaran (Radiasi)
Pancaran (radiasi) adalah perpindahan kalor melalui gelombang dari suatu zat ke
zat yang lain. Semua benda memancarkan kalor. Keadaan ini baru terbukti
setelah suhu meningkat. Pada hakekatnya proses perpindahan ka1or radiasi
terjadi dengan perantaraan foton dan juga gelombang elektromagnet. Pada
radiasi panas, panas diubah menjadi gelombang elektromagnetik yang merambat
tanpa melalui ruang media penghantar. Jika gelombang tersebut mengenai suatu
benda, maka gelombang dapat mengalami transisi (diteruskan), refleksi
(dipantulkan), dan absorpsi (diserap) dan menjadi kalor.
b. Hantaran (Konduksi)
Konduksi thermal pada logam - logam padat terjadi akibat gerakan elektron
yang terikat dan konduksi thermal yang mempunyai hubungan dengan
konduktivitas listrik. Pemanasan pada logam berarti pengaktifan gerakan
molekul, sedangkan pendinginan berarti pengurangan gerakan molekul.
c. Aliran (Konveksi)
Perpindahan panas secara konveksi adalah peristiwa berpindahnya kalor dalam
suatu medium yang disertai dengan perpindahan partikel mediumnya. Sebagai
contoh, suatu permukaan logam dengan fluida.
f. Bagian- bagian Reaktor Nulklir beserta Prinsip Kerja
Reaktor adalah suatu alat proses dimana terjadinya suatu reaksi berlangsung, baik
itu reaksi kimia ataupun reaksi nuklir yang terkendali. Reaktor terbagi dalam dua
jenis, yaitu reaktor nuklir fisi (pembelahan) dan reaksi fusi (penggabungan). Semua
proses reaksi akan berlangsung di dalam teras reaktor yang merupakan tempat
berlangsungnya reaksi nuklir.

16. 16
Gambar 2.3. Rangkaian Reaktor Nuklir
Semua reaktor atom tersebut memiliki lima komponen dasar yang sama, yaitu:
1. Elemen bahan bakar
2. Moderator netron
3. Batang kendali
4. Pendingindan
5. Perisai beton
6. Reflektor: untuk mengendalikan laju pembelahan
7. Perangkat bejana dan perisai reaktor
8. Perangkat penukar panas
KomponenNo. 1 s/d 6 berada pada suatu lokasi yang disebut“Teras Reaktor”, yaitu
suatu tempat dimana reaksi berantai tersebut berlangsung
1. Bahan Bakar Nuklir
Terdapat dua jenis bahan bakar nuklir, yaitu:
a. Bahan Fisil: suatu unsur/atom yang langsung dapat memberikan reaksi
pembelahan apabila dirinya menangkap neutron. Contoh: 92U233, 92U235,
94Pu239, 94Pu241
b. Bahan Fertil: suatu unsur/atom yang setelah menangkap neutron tidak dapat
langsung membelah, tetapi membentuk bahan fisil. Contoh: 90Th232, 92U238
2. Bahan Moderator
Syarat bahan moderator :
a. atom dengan nomor massa kecil.

17. 17
b. memiliki tampang lintang serapan neutron yang kecil.
c. Memiliki tampang lintang hamburan yang besar.
d. Memiliki daya hantar panas yang baik.
e. Tidakkorosif. Contoh: H2O, D2O, grafit, berilium, dll.
3. Pendingin Reaktor
Pendingin reaktor berfungsi sebagai sarana pengambilan panas hasil fisi dari
dalam elemen bakar untuk dipindahkan/dibuang ke tempat lain/lingkungan
melalui perangkat penukar panas. Bahanyang baik sebagai pendingin adalah
fluida yang koefisien perpindahan panasnya sangat bagus, memiliki tampang
lintang serapan neutron yang kecil, dan tampang lintang hamburan yang besar
serta tidak korosif. Contoh: H2O, D2O, Na cair, gas He dll.
4. Batang Kendali Reaktor
Batang kendali berfungsi sebagai pengendali jalannya operasi reaktor agar laju
pembelahan/populasi neutron di dalam teras reaktor dapat diatur sesuai dengan
kondisi operasi yang dikehendaki. Selainitu, juga berfungsi untuk memadamkan
reaktor/menghentikan reaksi pembelahan. Bahan batang kendali: Boron,
Cadmium, Gadolinium, dll
5. Perangkat Detektor
Detektor adalah komponen penunjang yang mutlak diperlukan di dalam reaktor
nuklir. Semua informasi tentang kejadian fisis di dalam teras reaktor, yang
meliputi popularitas neutron, laju pembelahan, suhu dan lain-lain hanya dapat
dilihat melalui detektor yang dipasang di dalam teras.
6. Reflektor
Neutron yang keluar dari pembelahan bahan fisil, berjalan dengan kecepatan
tinggi ke segala arah. Karena tidak bermuatan listrik maka gerakan neutron
tersebut bebas menembus medium dan tidak berkurang bila tidak menumbuk inti
atom medium. Sebagian neutron tersebut dapat lolos keluar teras reaktor, atau
hilang dari sistem. Kondisi demikian merugikan. Contoh: Berilium, Grafit,
Parafin, H2O, D2O.
7. Bejana dan Perisai Reaktor
Bejana/tangki reaktor berfungsi untuk menampung fluida pendingin agar teras
reaktor selalu terendam didalamnya. Bejana tersebut harus kuat menahan beban

18. 18
dan tidak korosif bila berinteraksi dengan pendingin atau benda lain di dalam
teras. Contoh bahan bejana reaktor: Aluminium dan Stainless stell.
Perisai reaktor berfungsi untuk menahan/menghambat/menyerap radiasi yang
lolos dari teras reaktor agar tidak menerobos keluar sistem reaktor.
Padaumumnyaperisaiyang digunakanadalahlapisanbetonberat.
8. Perangkat Penukar Panas
Perangkat penukar panas (Heat Exchanger) merupakan komponen penunjang
yang berfungsi sebagai sarana pengalihan panas dari pendingin primer, yang
menerima panas dari elemen bakar, untuk diberikan pada fluida pendingin yang
lain (sekunder). Dengan sistem pengambilan panas tesebut maka integritas
komponen teras akan selalu terjamin.
Pada jenis reaktor tertentu, terutama PLTN heat exchanger juga berfungsi sebagai
fasilitas pembangkit uap

19. 19
BAB IV
PENUTUP
4.1. Kesimpulan
Peristiwa perpindahan meliputi tiga perpindahan yaitu :
1. Perpindahan momentum
2. Perpindahan energi panas
3. Perpindahan massa
Perpindahan momentum adalah semua kejadian yang menyangkut aliran atau
gerakan fluida.Transfer energi panas biasanya terjadi pada banyak proses kimia
dan proses lainnya. Transfer panas seringkali terjadi dalam bentuk kombinasi
diantara berbagai unit operasi, seperti pengeringan kayu atau makanan,
pembakaran bahan bakar, dan evaporasi. Transfer energi terjadi karena perbedaan
temperatur dan aliran panas dari temperatur yang tinggi ke yang rendah.
Perpindahan massa adalah perpindahan massa dari satu lokasi, biasanya
berupa aliran, fasa, fraksi, atau komponen, ke lokasi lainnya. Perpindahan massa
muncul pada banyak proses, seperti absorpsi, evaporasi, adsorpsi, pengeringan,
presipitasi, filtrasi membran, dan distilasi.
Perpindahan massa digunakan oleh berbagai ilmu sains untuk proses dan
mekanisme yang berbeda-beda, namun frasa ini banyak digunakan pada
ilmu teknik untuk proses fisika yang melibatkandifusi molekuler dan
transport konveksi suatu speses kimia dalam sistem.
Contoh alat pertama yang mengalami ketiga perpindahan tersebut adalah
Fluidized Bed Spray Dryer dimana proses perpindahan kalor secara konveksi
terjadi karena suhu bahan lebih rendah daripada suhu udara pengering yang
dialirkan di sekelilingnya. Udara panas yang dialirkan ini akan meningkatkan suhu
bahan dan menyebabkan tekanan uap air bahan menjadi lebih tinggi daripada
tekanan uap air di udara, sehingga terjadi perpindahan massa uap air dari bahan ke
udara. Apabila tekanan parsial uap air dalam bahan ternyata lebih besar daripada
tekanan parsial udara sekitarnya, maka uap air akan mengalir dari dalam bahan.
Sebaliknya, apabila tekanan parsial uap air di luar bahan lebih tinggi, maka uap air
akan mengalir masuk ke dalam bahan, maka disinilah terjadinya perpindahan

20. 20
massa karena berkurangnya kandungan air di dalam bahan yang terbawa oleh
udara panas yang berada di sekeliling bahan. Homogenisasi dilakukan dengan cara
pengadukan, maka disinilah terjadinya perpindahan momentum, selanjutnya
bahan dialirkan kedalam atomizer berupa ring/wheel dengan lubang-lubang kecil
yang berputar.
Contoh alat kedua yang mengalami ketiga perpindahan tersebut adalah
reaktor nuklir, dimana neutron yang ditembakkan kemudian akan menabrak
nukleus atau inti atom uranium dan membuat uranium tersebut menjadi tidak
stabil. Atom uranium yang tidak stabil kemudian akan terbelah menjadi dua atom
yang lebih ringan inilah yang disebut perpindahan momentum, terbelahnya
nukleus atom disebut juga sebagai reaksi fisi. Selain menghasilkan dua atom yang
lebih ringan, reaksi fisi juga melepaskan 3 neutron bebas, energi panas, serta
radiasi alpha, beta, dan gamma disinilah terjadinya perpindah panas secara
koveksi dan radiasi, karena tingginya suhu di inti reaktor, air ini lama- kelamaan
akan mendidih dan menjadi uap bertekanan tinggi. Maka disinilah reaktor mulai
berperan dalam rangkaian produksi listrik. Air yang dipanaskan di dalam reaktor
dan berubah menjadi uap bertekanan tinggi kemudian disalurkan ke turbin
disinilah terjadinya perpindahan massa.

21. 21
DAFTAR PUSTAKA
"Thomas, William J. "Introduction to Transport Phenomena." Prentice Hall: Upper
Saddle River, NJ, 2000.
Douglas, J.M.,1988,”Conceptual Design of Chemical Processes”
Jurnal Sudaryatno Sudirham dan Ning Utari, Mengenal sifat- sifat material
Sherwood, T.k., R.L. Pigrof dan C.R Wilke, “mass Transfer,” McGrow-hill, New York,
1975.
Singh, R. Paul., and Heldman ,D.R . 2001 . Introduction to food engineering 3 rd
edition. Academi press. California. USA
Welty, James R.; Wicks, Charles E.; Wilson, Robert Elliott (1976). Fundamentals of
momentum, heat, and mass transfer (2 ed.). Wiley.
Indriani, Irma., dkk. 2009. Pembuatan Fluidized Bed Dryer Untuk Pengeringan Benih
Pertanian Secara Semi Batch. Surakarta: Program Studi D3 Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Whitman, W.G.: Chem and Met Eng. 1923
Wilke ,C.R., dan P. Chang; AIChe J., 1955
http://mastugino.blogspot.co.id/2012/07/perpindahan-panas.html
http://profarizhidayat.blogspot.co.id/2013/05/newtons-law-of-viscosity-dasar-
hukum.html
http://nopput.blogspot.co.id/2012/10/panas-dan-hukum-pertama-termodinamika.html
http://www.pustakasekolah.com/hukum-kekekalan-energi.html#_
http://pembelajaranfisikauny.blogspot.co.id/2012/12/hukum-kekekalan-
momentum_4.html

22. 22
Pertanyaan:
1. Apa yang dimaksud dengan Presipitasi? (Moh. Ilham Arasy NIM. 1514047).
2. Mengapa ditambahkan Spray Dryer pada alat Fluidized Bed Spray Dryer? (Erik
Setiawan NIM. 1514017).
Jawaban:
1. Presipitasi adalah peristiwa turunnya air hujan ke bumi, dihubungkan dengan
perpindahan massa karena air laut yang menguap lalu menguap dan turun
menjadi air hujan.
2. Ditambahakan Spray Dryer bertujuan untuk memperbesar luas permukaan agar
proses pengeringan semakin cepat.