BAB I PENDAHULUAN
I-1
BAB I PENDAHULUAN I.1. Tujuan Percobaan Tujuan dari percobaan ini adalah sebagai berikut : 1. Mengetahui karakteristik Wetted Wall Column (WWC). 2. Mengetahui efek dari flowrate udara dan air terhadap koefisien perpindahan massa dan panas. I.2. Dasar Teori Humidifikasi dan dehumidifikasi melibatkan perpindahan bahan antara fasa cair murni dengan gas tetap yang tidak larut dalam zat cair itu. Humidifikasi adalah penguapan air ke udara yang bertujuan untuk memperbesar kelembaban udara. Sedangkan dehumidifikasi adalah pengembunan uap air dari udara untuk memperkecil humidity. Dalam proses ini, selain terjadi perpindahan massa juga terjadi perpindahan panas. Untuk merencanakan alat ini diperlukan data koefisien perpindahan panas dan massa. Umumnya tahanan perpindahan massa dan panas hanya diperhatikan pada sisi gas, sedangkan untuk sisi liquid biasanya diabaikan. (Geankoplis, 603) Kelembapan dirumuskan secara matematis sebagai berikut : H=
M A PA M B ( 1−P A )
H
: Humidity (kg air/kg udara kering)
PA
: Tekanan Parsial (atm)
Dimana :
M A : Berat Molekul Uap MB
: Berat Molekul Gas
Hubungan antara humidity dan mol fraksi uap (yA) :
y A=
H MA 1 H + MB M A
Pada umumnya,
H / MA
lebih kecil bila dibandingkan dengan
dianggap berbanding lurus dengan H .
Laboratorium Teknik Kimia FTI-ITS
1/ M B , sehingga y
BAB I PENDAHULUAN
I-2
Saturated humidity adalah keadaan gas dimana uap berada dalam keseimbangan dengan zat cair pada suatu gas. Tekanan bagian uap di dalam gas jenuh sama dengan tekanan uap di zat cair pada suhu gas. '
HS= Dimana :
M A ∙ PA M B ( 1−P'A )
P'A = Tekanan uap liquid (atm)
Kelembaban relatif didefinisikan sebagai rasio antara tekanan bagian uap dengan tekanan uap zat cair pada suhu gas. Besaran dinyatakan atas dasar persen dengan kelembaban 100% berarti gas jenuh, sedangkan kelembaban 0% berarti gas bebas uap. H R=
100 P A P'A
Dimana :
HR
= Relatif humidity
Temperatur wet bulb adalah temperatur dalam keadaan steady dan tidak setimbang yang dicapai oleh sedikit liquida yang dimasukkan pada keadaan adiabatis didalam aliran gas yang kontinyu. Massa liquida sangatlah kecil bila dibandingkan dengan fase gas sehingga perubahan properti gas dapat diabaikan, dan pengaruh proses ini hanya terbatas pada liquida. Metode yang dapat digunakan untuk mengukur temperatur wet bulb adalah dengan menggunakan termometer yang diselubungi kapas. Biasanya bersama dengan wet bulb temperature digunakan juga termometer yang tidak diselubungi kapas yang mengukur suhu T yaitu suhu gas nyata dan suhu gas ini disebut dry bulb temperature.
Gambar I.2.1. Pengukuran Temperatur Wet Bulb
Laboratorium Teknik Kimia FTI-ITS
BAB I PENDAHULUAN
I-3
Pengukuran humiditas dari aliran atau massa suatu gas dapat diketahui dari mengukur baik dew point atau wet bulb temperature atau dengan metode absorbsi-langsung. Perhitungan humiditas yang paling umum digunakan adalah metode psychometric, dengan menentukan dry bulb temperature dan wet bulb temperature. Dengan metode ini, humiditas dapat diketahui dengan menemukan memotongkan garis psychometric di saturation line pada wet bulb temperature dari hasil percobaan dan diikuti dengan memotongkan garis psychometric di garis ordinat yang mana menunjukkan dry bulb temperature dari hasil pengamatan. (McCabe, 751) WETTED WALL COLUMN Alat ini terdiri dari sebuah tabung silinder yang berdiri tegak, dimana liquida dimasukkan dari atas tabung dan akan turun mengalir pada dinding dalam tabung dengan membentuk suatu lapisan tipis dan keluar melalui saluran yang ada di bagian bawah. Liquida tersebut akan berkontak secara counter current dengan udara yang masuk melalui bagian bawah tabung dan keluar melalui bagian atas tabung. Jika liquida murni digunakan, seluruh tahanan perpindahan massa terjadi dalam fasa gas, dari permukaan body utama gas dengan anggapan bahwa resistansi berada pada interface itu sendiri. Tekanan dalam kolom dianggap konstan selama pressure drop yang melalui kolom lebih kecil dibandingkan dengan tekanan total. Pada proses ini tidak ada driving force untuk transfer massa, karena air yang digunakan adalah liquid murni. Suhu untuk driving force adalah TL – Ti di fase liquid dan Ti – TG di fase gas. Panas sensibel mengalir percikan liquid ke permukaan liquid. Panas sensibel juga mengalir dari permukaan ke fase gas. Panas laten juga meninggalkan permukaan uap air, berdifusi ke fase gas. Aliran panas sensibel dari liquid ke permukaan sama dengan aliran panas sensibel di gas ditambah dengan aliran panas laten di gas. Keadaan ini dapat digambarkan pada gambar berikut.
Laboratorium Teknik Kimia FTI-ITS
BAB I PENDAHULUAN
I-4
Gambar I.2.1 Profil suhu dan konsentrasi di bagian atas cooling tower Total area kontak antara udara dengan fase air tidak diketahui, karena area permukaan packing tidak sama dengan area kontak di antara tetesan air dengan udara. Oleh karena itu, kita definisikan kuantitas a, didefinisikan sebagai m2 area kontak per m3 volume bagian packing, atau m2/m3. Hal ini dikombinasikan dengan koefisien transfer massa fase gas kG dalam kg mol/s m2 Pa atau kg mol/s m2 atm untuk memberikan koefisien volumetric kGa dalam unit kg mol/s m3 volume Pa atau kg mol/s m3 atm (lbmol/h ft3 atm). Maka, entalpi Hy adalah: H y =c S ( T −T 0 ) + H λ0 =( 1,005+1,88 H ) 103 ( T −0 ) +2,501 ×106 H
(5)
Di mana: cS = jumlah panas dalam dalam J (atau kJ) yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu untuk 1 T0 0
kg udara ditambah uap air sebanyak 1 K atau 1oC = datum temperature = panas laten Biasanya datum temperature yang ditetapkan adalah 0oC atau 273 K (32oF). Perlu
dicatat bahwa (T-T0)oC = (T-T0) K. Untuk neraca panas total dapat digambarkan sebagai berikut:
Laboratorium Teknik Kimia FTI-ITS
BAB I PENDAHULUAN
I-5
Gambar I.2.2 Continuous countercurrent adiabatic water cooling Di mana: L = aliran air, kg air/s m2 (lbm/h ft2) TL = suhu air, oC atau K (oF) G = aliran udara kering, kg/s m2 (lbm/h ft2) TG = suhu udara, oC atau K (oF) H = humidity udara, kg air/kg udara kering (lb air/lb udara kering) Hy = enthalpi campuran udara-uap air, J/kg udara kering (btu/lbm udara kering) Dapat dibuat neraca panas total sebagai berikut: G ( H y 2−H y 1) =LC ( T L2−T L 1) L
(6) Diasumsikan L konstan karena hanya ada sebagian kecil yang menguap. Kapasitas panas cL pada liquid juga diasumsikan konstan pada 4,187 103 J/kg K. Selanjutnya membuat neraca panas untuk tinggi kolom dz, L c L d T L =Gd H y =h L a dz(T L−T i ) (7) Di mana hLa adalah koefisien heat transfer volumetrik untuk fase liquid dalam unit W/m3 K (btu/h ft3 oF) dan Ti suhu permukaan. Untuk transfer massa secara adiabatis, qλ =M B k G aP λ0 ( H i−H G ) dz A (8) di mana q/A dalam unit W/m2 (btu/h ft2), MB = berat molekul udara, kGa adalah koefisien transfer massa volumetrik pada gas dalam kg mol/s m3 Pa, P = tekanan atmosfir dalam Pa,
Laboratorium Teknik Kimia FTI-ITS
BAB I PENDAHULUAN
I-6
0 adalah panas laten air dalam J/kg air, Hi adalah humidity gas pada permukaan dalam kg air/kg udara kering, dan HG adalah humidity gas dalam kg air/kg udara kering. Laju transfer panas sensibel dalam gas adalah,
qS =hG a ( T i−T G ) dz A
(9) di mana qS/A dalam W/m dan hGa adalah koefisien heat transfer volumetrik dalam W/m3 K. Dari gambar I.2.2 eq. (7) harus sama dengan penjumlahan eq. (8) dan eq. (9). Gd H y =M B k G aP λ0 ( H I −H G ) dz+ hG a ( T i−T G ) dz (10) rd Dari Geankoplis 3 edition, eq. (9.3-18) menyatakan bahwa, hG a ≅c M Bky a S 2
(11) Substitusi PkG untuk kya,
hG a ≅c M B P kG a S
(12) Substitusi eq. (12) ke eq. (10) dan menyusunnya kembali, Gd H y =M B k G aPdz[ ( c S T i+ λ0 H i )−( c S T G + λ 0 H G ) ] Menambahkan dan membagi cS T0 ke dalam bracket, G d H y =M B k G aP dz {c S ( T i−T 0 ) + H I λ0 −[ c S ( T G−T 0 ) + H G λ 0 ] } Bagian di dalam bracket adalah (Hyi – Hy), dan eq. (14) menjadi, G d H y =M B k G aP dz (H yi −H y )
(13) (14)
(15) Mengintegralkannya, persamaan ini digunakan untuk menghitung tinggi menara, H z dH G ∫ dz =z= M k aP ∫ H −Hy B G yi y 0 H y2
y1
(16) Apabila eq. (7) disamadengankan dengan eq. (15) dan dilakukan penyusunan kembali, didapatkan,
−h L a H −H y = yi k G a M B P T i−T L (17) (Geankoplis, 645-649)
Laboratorium Teknik Kimia FTI-ITS
Laboratorium Teknik Kimia FTI-ITS
