Articles

Perbedaan antara Arus Gas Aktual, Standar, dan Normal

Perbedaan antara Arus Gas Aktual, Standar, dan Normal yang dimana kepadatan gas berubah seiring dengan tekanan dan suhu, sehingga penggunaan volume standar ketika mengacu pada jumlah gas adalah wajib. Volume standar biasanya digunakan di berbagai jenis industri yang menggunakan gas sebagai bahan baku. Volume gas pada tekanan dan suhu aktual harus dikonversi ke volume standar.

Dua volume standar yang umum digunakan adalah standard cubic feet (scf) dan meter kubik normal (Nm3). Satu kaki kubik gas standar setara dengan 1 kaki kubik gas pada suhu 32 °F (0 °C) dan 14,6959 PSI, dan satu meter kubik gas normal setara dengan 1 meter kubik pada suhu 20 °C dengan tekanan 101,325 kPa (Referensi NIST). Kita akan melihat nanti bahwa penting untuk mencantumkan suhu dan tekanan yang digunakan sebagai standar, karena banyak standar yang digunakan di seluruh dunia.

Baca Juga : K-Faktor Flow Meter dan Perhitungan

Mengapa menggunakan aliran standar dan bukan aliran volumetrik sederhana?

jawaban simpel, yaitu dengan menggunakan aliran standar untuk mempermudah perhitungan. Sebagai contoh, jika kita memampatkan udara 125 Nm3/menit dari tekanan 1 bar ke 25 bar, maka aliran volumetrik melalui kompresor akan tetap sama dalam Nm3/menit, namun tidak demikian halnya dengan aliran volumetrik pada kondisi sebenarnya.

Karena gas bersifat kompresibel, maka dimungkinkan untuk mengubah volume gas dengan jumlah yang sama dengan mengompresi atau mengubah suhunya. Menjadi sangat sulit untuk mendefinisikan jumlah volume gas tanpa menghubungkan nilai ini dengan tekanan dan suhu ketika volume diukur.

Biasanya tidak mudah untuk mendefinisikan suhu dan tekanan dari suatu volume gas, inilah sebabnya mengapa biasanya kita menggunakan volume standar yang mengacu pada serangkaian pengukuran suhu dan tekanan yang telah ditentukan. Kami menyebut kondisi ini sebagai kondisi normal atau standar.

Baca Juga : Definisi, Jenis, dan Perbedaan dari flow sensor

STP vs NTP

  • STP berarti Suhu dan Tekanan Standar.
  • NTP berarti Suhu dan Tekanan Normal.

Normal Cubic Meter (nm3/h) vs Actual Cubic Meter (am3/h)

  • Nm3/jam mengacu pada aliran gas pada suhu dan tekanan normal.
  • Am3 / jam mengacu pada aliran gas pada kondisi operasi proses saat ini.

Apa saja aplikasi suhu dan tekanan standar?

Kondisi standar atau normal digunakan sebagai nilai referensi dalam termodinamika gas. Untuk menentukan volume gas, kondisi suhu dan tekanan Normal atau Standar pada umumnya digunakan.

Alasannya sangat sederhana, volume sejumlah mol gas yang konstan bergantung pada pengukuran suhu dan tekanan. Karena alasan ini, setiap kali jumlah gas ditentukan dalam hal volume gas, perlu untuk menentukan kondisi suhu dan tekanan yang sesuai untuk pengukuran volume.

Oleh karena itu, kita dapat menggunakan kondisi suhu dan tekanan referensi untuk menentukan volume gas yang diukur dalam kondisi tersebut. Setelah volume dihitung, kita dapat mengonversi jumlah yang dihitung menjadi jumlah mol atau massa gas.

Ada berbagai standar yang menentukan nilai suhu dan tekanan yang berbeda. Standar-standar ini bergantung pada organisasi yang menetapkannya. Secara umum, tekanan standar mendekati tekanan atmosfer dan suhu standar mendekati nilai suhu lingkungan.

Baca Juga : Definisi dan Cara Instalasi Condensate Pot

Sifat Gas

Gas menurut definisi berada dalam keadaan gas, di bawah tekanan dan suhu yang ditentukan (misalnya, nitrogen yang kita hirup). Uap dan uap adalah cairan dalam kondisi yang dijelaskan di atas, meskipun secara termodinamika tidak ada perbedaan antara uap/uap dan gas.

Perbedaan mendasar antara cairan dan gas adalah kompresibilitasnya (cairan umumnya dianggap tidak dapat dimampatkan). Kompresibilitas adalah sifat materi yang menyebabkan semua benda berkurang volumenya ketika dikenai tekanan atau kompresi yang ditentukan dengan menjaga parameter lain tetap konstan. Sifat penting lainnya dari gas adalah volumenya akan meningkat seiring dengan peningkatan suhu, sifat gas yang digunakan dalam balon udara.

Baca Juga : Pentingnya flow meter pada proses kontrol

Deskripsi hubungan sifat-sifat ini diberikan oleh Hukum Gas Ideal:

PVnRT

di mana (dalam satuan metrik SI):

  • P = tekanan absolut gas, dalam Pa
  • n = jumlah mol, dalam mol
  • V = volume molar gas, dalam m3/mol
  • T = suhu absolut gas, dalam K
  • R = konstanta hukum gas universal sebesar 8,314472 m3-Pa-mol-1-K-1

atau di mana (dalam satuan Amerika Serikat):

  • P = tekanan absolut gas, dalam psia
  • n = jumlah mol, dalam lb-mol
  • V = volume molar gas, dalam ft3/lb-mol
  • T = suhu absolut gas, dalam derajat Rankine (°R)
  • R = konstanta hukum gas universal sebesar 10,7316 ft3-psia-lb-mol-l-°R-1

Massa gas akan tetap konstan, namun volume dan densitasnya akan berubah seiring dengan tekanan dan temperatur (hukum kekekalan massa). Untuk alasan ini, kami akan menggunakan massa daripada volume sebagai istilah yang lebih relevan untuk mengukur. Biasanya, gas seperti udara terkompresi atau gas alam diukur menggunakan volume molar standar (misalnya Scf atau Nm3).

Istilah-istilah ini sekilas terlihat seperti istilah volumetrik, padahal bukan. Volume Terkoreksi didefinisikan sebagai massa terhadap densitas pada kondisi referensi (misalnya pada 0°C dan 1013,25mbar; 1,29kg/m3 untuk udara), sehingga ini adalah istilah massa.

Baca Juga : Definisi, Prinsip Kerja, dan Aplikasi Flow Meter Sonar

Laju aliran volumetrik dengan satuan CFM atau m3 menyiratkan bahwa laju aliran diukur pada kondisi aktual (tekanan aktual, suhu aktual). Perbedaan antara Standar dan Aktual adalah penting karena menyiratkan bahwa densitasnya berubah dengan tekanan dan suhu.

Hal ini dapat dilihat dengan melihat hukum gas ideal. Seperti yang mungkin Anda ingat, densitas = massa/volume. Ketika hukum gas ideal disusun ulang, densitas gas dapat dilihat sebanding dengan tekanan, dan berbanding terbalik dengan suhu.

Rumus Massa Jenis berdasarkan Hukum Gas Ideal

Jika kita mengambil udara sebagai contoh, densitas udara pada kondisi standar adalah 0,0752 lb/ft3. Karena kerapatan udara dari aliran udara yang dinyatakan pada kondisi standar (SCFM) selalu sama, maka pada dasarnya ini adalah laju aliran massa! Menyatakan aliran udara dalam satuan SCFM memudahkan untuk membandingkan kondisi, dan perhitungan tertentu menjadi lebih sederhana.

ρ = m/V → m = ρV →m/t = ρ (V/t)

laju aliran massa = densitas* Laju aliran volumetrik.

Pada sistem dengan pompa vakum, blower, kompresor, dan penukar panas, tekanan dan suhu udara terus berubah, yang berarti aliran volume yang sebenarnya juga berubah. Hal ini membuat spesifikasi aliran volume sangat rentan terhadap kesalahan dan kesalahan interpretasi. Kecuali jika ada kebocoran, aliran massa/volume standar tetap sama, jadi akan lebih ringkas untuk membahas sistem ini dalam hal aliran massa atau volume standar. Tentukan massa atau volume standar…pahamilah!

Baca Juga : Jenis Instalasi Open Channel Flow Meter

Biasanya, Volume Normal dianggap sebagai satuan massa untuk gas yang sama dengan massa volume referensi yang diukur pada tekanan dan suhu kondisi referensi. Sebagai contoh, Ndm3 adalah satuan massa untuk gas yang setara dengan massa 1 liter (0,035 3147 ft3) pada tekanan 1 atmosfer dan pada suhu standar, biasanya 0°C (32 °F) atau 20°C (68 °F).

Untuk mengkonversi dari Kondisi Normal atau Standar ke Kondisi Aktual (Operasi), diperlukan volume gas molar. Volume gas molar dapat dihitung dengan akurasi yang biasanya cukup dengan menggunakan hukum gas ideal:

PV=nRT

di mana (dalam satuan metrik SI):

  • P = tekanan absolut gas, dalam Pa
  • n = jumlah mol, dalam mol
  • V = volume molar gas, dalam m3/mol
  • T = suhu absolut gas, dalam K
  • R = konstanta hukum gas universal sebesar 8,314472 m3-Pa-mol-1-K-1

atau di mana (dalam satuan Amerika Serikat):

  • P = tekanan absolut gas, dalam psia
  • n = jumlah mol, dalam lb-mol
  • V = volume molar gas, dalam ft3/lb-mol
  • T = suhu absolut gas, dalam derajat Rankine (°R)
  • R = konstanta hukum gas universal sebesar 10,7316 ft3-psia-lb-mol-l-°R-1

Baca Juga : Dua Jenis Utama Sensor Thermal Mass Flow Meter

Volume gas berbanding lurus dengan suhu dan berbanding terbalik dengan tekanan. Di bawah ini adalah beberapa contoh perhitungan volume molar gas ideal dalam beberapa kondisi referensi suhu dan tekanan standar:

Dalam satuan metrik SI:

  • Vm = 8,314472 x 273,15 / 101,325 = 22,414 m3/kmol pada suhu 0°C dan tekanan absolut 101,325 kPa
  • Vm = 8,314472 x 273,15 / 100.000 = 22,711 m3/kmol pada 0 °C dan tekanan absolut 100 kPa

Dalam satuan Amerika Serikat:

  • Vm = 10,7316 x 491,68 / 14,696 = 359,0441 ft3 / lb-mol pada 32 °F dan 14,696 psia
  • Vm = 10,7316 x 491,68 / 14,730 = 358,2154 ft3 / lb-mol pada 32 °F dan 14,73 psia

Satu-satunya alasan adalah untuk membuat laju aliran dalam kondisi yang sangat berbeda dapat dibandingkan. Mengonversi ke suhu dan tekanan standar atau kondisi normal hanyalah cara untuk mengubah besaran volumetrik menjadi besaran berbasis massa (atau molar). Tidak ada Suhu dan Tekanan Standar atau Suhu dan Tekanan Normal yang diterima secara universal untuk gas.

Baca Juga : Teknologi di Balik Thermal Mass Flow Controllers

Standar

Setidaknya ada selusin atau lebih set suhu dan tekanan referensi yang berbeda yang disebut sebagai standar atau normal. Kompresibilitas gas berarti bahwa satu meter kubik gas memiliki massa yang berbeda setiap kali kondisi tekanan dan suhu berubah:

  • Satu m3 udara pada 100 bar (a) dan 40 0C memiliki massa 112 kg. Jika kondisi tekanan dan suhu berubah, maka berat udara yang terkandung dalam satu m3 juga berubah.
  • Satu m3 udara pada 1,013 bar (a) (setara dengan 1 ata) dan 0 0C memiliki massa 1,3 kg.
  • Satu kg udara memiliki massa 1 kg.

Oleh karena itu, jika kita menyatakan aliran gas dalam kg/jam, massa gas yang kita rujuk per unit waktu didefinisikan dengan jelas. Namun, jika kita menggunakan satuan volume per satuan waktu (seperti m3 / jam), informasi ini tidak cukup untuk menentukan massa gas per satuan waktu, dan penting untuk memperjelas kondisi di mana volume ditentukan.

Baca Juga : Urutan FIFO dan LIFO dalam PLC

Dalam hal ini, ada dua opsi:

  • Mengekspresikan volume gas per unit waktu di bawah kondisi aliran yang sebenarnya. Kesulitan dari pengukuran ini adalah sulitnya membandingkan aliran, bahkan dalam aplikasi yang sama, karena di depan variasi tekanan dan / atau suhu, aliran akan bervariasi.
  • Menyatakan volume gas per unit waktu dalam kondisi referensi: dalam hal ini, kami menyatakan volume pada tekanan dan suhu yang diatur secara sewenang-wenang dan digunakan sebagai referensi. Tekanan dan suhu ini tidak ada hubungannya dengan aliran. Kondisi referensi yang umum adalah 1 atmosfer absolut dan 00C, dan dikenal sebagai kondisi normal, yang menyatakan aliran dalam meter kubik normal per jam (Nm3/jam).

Entity

Temp (°C)

Temp (°F)

Temp (°K)

Pressure (kPa)

Pressure (psi)

Molar Vol [m3]

Molar Vol [dm3]

Standard Temperature and Pressure. IUPAC (STP) since 1982 0 32 273 100.000 145.038 0,02270 22,699
NIST, ISO 10780, formerly IUPAC (STP) until 1982 0 32 273 101.325 146.959 0,02240 22,402
Normal Temperature and Pressure. This is also called NTP. 20 68 293 101.325 146.959 0,02404 24,043
IUPAC (SATP) 25 77 298 100.000 145.038 0,02478 24,777
EPA 25 77 298 101.325 146.959 0,02445 24,453
American Association of Physicists in Medicine. 22 72 295 101.325 146.959 0,02421 24,207
AMCA, air density = 0.075 lbm/ft3.
This AMCA standard applies only to air.;
Compressed Gas Association [CGA] applies to industrial gas use in USA.
21 70 294 101300 14.70 0,02413 24,131
CAGI 20 68 293 100.000 145.038 0,02436 24,361
ISO 5011 20 68 293 101300 14.69 0,02405 24,049
GOST 2939-63 20 68 293 101330 14.696 0,02404 24,042
SPE, U.S. OSHA, SCAQMD 16 60 289 101330 14.696 0,02371 23,714
EGIA, OPEC, U.S. EIA; U.S. DOT 16 60 289 101600 14.73 0,02365 23,650
ICAOs ISA, ISO 13443, EEA, EGIA 15 59 288 101.325 146.959 0,02363 23,633
SPE 15 59 288 100.000 145.038 0,02395 23,946
U.S. Army Standard Metro 15 59 288 99990 14.503 0,02395 23,948
ISO 2314, ISO 3977-2 15 59 288 101330 14.696 0,02363 23,631
Federal Aviation Administration (FAA) 15 59 288 101330 14.70 0,02363 23,631

Nama lengkap entitas tercantum di bawah ini:

  • IUPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry
  • NIST: National Institute of Standards and Technology
  • CODATA: Committee on Data for Science and Technology
  • ISA: ICAOs International Standard Atmosphere
  • ISO: International Organization for Standardization
  • EEA: European Environment Agency
  • EGIA: Canadian Electricity and Gas Inspection Act
  • U.S. EPA: United States Environmental Protection Agency
  • SATP: Standard Ambient Pressure and Temperature
  • CAGI: Compressed Air and Gas Institute
  • SPE: Society of Petroleum Engineers
  • OSHA: U.S. Occupational Safety and Health Administration
  • SCAQMD: Californias South Coast Air Quality Management District
  • OPEC: Organization of Petroleum Exporting Countries
  • EIA: U.S. Energy Information Administration of the U.S. Department of Energy
  • Std. Metro: U.S. Armys Standard Metro (used in ballistics)
  • AMCA: Air Movement and Control Association (the AMCA standard applies only to air)

Baca Juga : Kompensasi suhu dan tekanan pada flow meter

Kesimpulan

dari artikel yang telah kami paparkan diatas, yaitu “Perbedaan antara Arus Gas Aktual, Standar, dan Normal” dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

  • Perbedaan antara Arus Gas Aktual, Standar, dan Normal yang dimana kepadatan gas berubah seiring dengan tekanan dan suhu, sehingga penggunaan volume standar ketika mengacu pada jumlah gas adalah wajib.
  • Kondisi standar atau normal digunakan sebagai nilai referensi dalam termodinamika gas. Untuk menentukan volume gas, kondisi suhu dan tekanan Normal atau Standar pada umumnya digunakan.
  • Alasannya sangat sederhana, volume sejumlah mol gas yang konstan bergantung pada pengukuran suhu dan tekanan. Karena alasan ini, setiap kali jumlah gas ditentukan dalam hal volume gas, perlu untuk menentukan kondisi suhu dan tekanan yang sesuai untuk pengukuran volume.
  • Gas menurut definisi berada dalam keadaan gas, di bawah tekanan dan suhu yang ditentukan (misalnya, nitrogen yang kita hirup). Uap dan uap adalah cairan dalam kondisi yang dijelaskan di atas, meskipun secara termodinamika tidak ada perbedaan antara uap/uap dan gas.

Referensi : instrumentationandcontrol.net

Naufal

a member of SEO Team at Wiratama Mitra Abadi. He loves to learn something new everyday.