Neraca massa

Neraca Massa adalah cabang keilmuan yang mempelajari kesetimbangan massa dalam sebuah sistem. Dalam neraca massa, sistem adalah sesuatu yang diamati atau dikaji. Neraca massa adalah konsekuensi logis dari Hukum Kekekalan Massa atau biasa disebut hukum Lavoisier. Hukum ini menyebutkan bahwa massa dari suatu sistem tertutup akan konstan meskipun terjadi berbagai macam proses di dalam sistem tersebut di mana dalam sistem tertutup. Massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah konstan (tetap/sama). Contoh dari pemanfaatan neraca massa adalah untuk merancang reaktor kimia, menganalisis berbagai alternatif proses produksi bahan kimia, dan untuk memodelkan pendispersian polusi.

Penjelasan Umum

Massa yang masuk ke dalam suatu sistem harus keluar meninggalkan sistem tersebut atau terakumulasi di dalam sistem. Konsekuensi logis hukum kekekalan massa ini memberikan persamaan dasar neraca massa:

[massa masuk] = [massa keluar] + [akumulasi massa]

dengan [massa masuk] merupakan massa yang masuk ke dalam sistem, [massa keluar] merupakan massa yang keluar dari sistem, dan [akumulasi massa] merupakan akumulasi massa dalam sistem. Akumulasi massa dapat bernilai negatif atau positif. Pada umumnya, neraca massa dibangun dengan memperhitungkan total massa yang melalui suatu sistem.

Pada perhitungan teknik kimia, neraca massa juga dibangun dengan memperhitungkan total massa komponen-komponen senyawa kimia yang melalui sistem (contoh: air) atau total massa suatu elemen (contoh: karbon).

Bila dalam sistem yang dilalui terjadi reaksi kimia, maka ke dalam persamaan neraca massa ditambahkan variabel [produksi] sehingga persamaan neraca massa menjadi:

[massa masuk] + [produksi] = [massa keluar] + [akumulasi massa]

Variabel [produksi] pada persamaan neraca massa termodifikasi merupakan laju reaksi kimia. Laju reaksi kimia dapat berupa laju reaksi pembentukan ataupun laju reaksi pengurangan. Oleh karena itu, variabel [produksi] dapat bernilai positif atau negatif.

Jenis Neraca Massa

Neraca massa dapat berjenis integral atau diferensial. Suatu neraca massa integral menggunakan pendekatan kotak hitam dan berfokus pada karakteristik menyeluruh dari sistem. Sementara itu, neraca massa diferensial berfokus pada detail yang terjadi dalam sistem (yang juga memengaruhi karakteristik menyeluruh). Untuk membuat suatu neraca massa integral, pada awalnya harus diidentifikasi batasan sistem, bagaimana sistem terhubung dengan lingkungan dan bagaimana lingkungan memengaruhi sistem. Pada beberapa sistem, batasan sistem dengan mudah dapat diidentifikasi. Contohnya adalah suatu tangki reaktor dengan dinding tangki sebagai batas sistem. Pada tangki reaktor ini, lingkungan memengaruhi sistem melalui saluran masuk tangki dan saluran keluar tangki. Untuk kasus seperti studi tanah perhutanan, penetapan vegetasi sebagai eksternal atau internal sistem (pendefinisian batasan sistem) sangat tergantung dari fokus dan tujuan studi yang dilakukan. Untuk membuat suatu neraca massa diferensial, pada awalnya perlu diidentifikasi detail yang ada dalam sistem. Reaksi yang terjadi dalam sistem dan senyawa kimia apa saja yang terlibat di dalamnya perlu dengan jelas diketahui.