bab 5 humidifikasi

Humidifikasi dan Dehumifikasi

HUMIDIFIKASI DAN DEHUMIDIFIKASITujuan Percobaan

Setelah melakukan percobaan ini, anda di harapkan dapat :

Mengukur temperature humidity baik temperature bola basah maupun temperature bola kering.

Mencari selisih humidity sebelum dan sesudah masuk kolom humidifikasi dan massa air yang terserap.

Mencari selisih entalpi sebelum dan sesudah masuk kolom dehumiifikasi.

Dasar Teori

Dalam pemerosesan bahan sering diperlukan untuk menentukan uap air dalam aliran gas, operasi ini sebagai proses dehumidifikasi. Sebaiknya, untuk mengurangi uap air dalaam aliran gas serig disebut proses dehumidifikasi. Dalam humidifikasi, kadar uap air dapat di tingkatkan dengan melewatkan aliran gas di atas cairan yang kemudian akan menguap ke dalam aliran gas.

Perpindahan ke aliran utama berlangsung dengan cara difusi dan pada parbatasan (interface) perpindahan panas dan massa yang berlangsung terus-menerus, sedangkan dalam dehumidifikasi dilakukan kondensasi parsial dan uap yang terkondensasi dibuang.

Penggunaan yang paling luas dari proses humidifikasi dan dehumidifikasi menyangkut sistem udara-air. Contoh paling sederhana adalah pengeringan padatan basah dengan pengurangan jumlah kandungan air sebagai tjuan utama dan dehumidifikasi aliran gas sebagai efek samping.

Pemakaian AC dan pengeringan gas juga menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi. Sebagai contoh kandungan uap air harus di hilangkan dari gas kalor korosi. Demikian juga pada proses pembuatan asam sulfat. Gas yang digunakan harus dikeringkan (dehumidifikasi) sebelum masuk ke konveter bertekanan yaitu denagn jalan melewatkan pada bahan yang menyerap air (dehydrating agent), seperti silikagel, larutan asam sulfat pekat dan sebagainya.

Contoh proses humidifikasi adalah pada menara pendingin, air panas dialirkan berlawanan arah dengan media pendingin yaitu udara. Disini tabel dan grafik tentang udara-air sering di pakai.

Istilah dalam proses humidifikasi

Istilah yang penting digunakan dan berhubungan dengan humidifikasi adalah sebagai berikut :

Humidity () campuran udara-uap air di definisikan sebagai masa uap air dalam satu kilo udara kering. Humidity tergantung pada tekanan parsial uap air (pA) dalam udara dan tekanan total P (101,3 kPa) : 1 atm absolute : 1,760 mmHg).

Jika berat molekul air = 18 dan udara = 29 maka humidity dalam kg/H2O udara kering atau lb H2O/lb udara kering :

= 18 pA

19 P- pA..(1)

Humidity jenuh

Udara jenuh adalah udara dalam uap air yang setimbang dengan air pada tekanan dan temperatur tertentu. Dalam campuran ini, tekanan parsial uap air dalam campuran udara-air adlah sama dengan tekanan uap air murni (pAs) pada temperature tertentu. Karena itu humidity jenuh adalah :

0 = 18 pAs

29P-pAs (2)

Persen humidity

Persen humidity atau persen kejenuhan didefinisikan sebagai 100 / 0 nilai jenuh dihitung pada temperature bola kering campuran. Menurut Geankoplis persen humidity didefinisikan sebagai 100/0 yaitu jika udara menjadi jenuh pada tekanan dan temperature yang sama.

p = 100/ 0 (3)

Panas humid (Cs)

Panas humid adalah jumlah panas dalam J(KJ) yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 kg udara kering + uap air yang di bawahnya sebesar 1 K atau 1Oc.

Kapasitas panas udara dan uap air dapat diasumsikan tetap diatas range temperatur dan biasanya dihitung pada 1,005 Kj/Kg udara kering K dan 1,89 Kj/Kg uap air K. karena itu, untuk satuan SI dan British berturut turut adalah :

Cs Kj/Kg udara kering K = 1,005 +1,88

Cs Btu/Lbm udara kering 0F = 0,24 +0,45

Catatan

kadang-kadang Cs sering ditulis : (1,005 +1,88)103 J/Kg K.

dalam buku Coulson Cs = 1,00 +1,9 Kj/Kg K.

Volume Humid

volume humid (VH) adalah volume dalam m3 1 kg udara kering +uap yan dibawahnya dihitung pada temperature dan tekanan gas 1 atm.

Dengan menggunakan hokum gas ideal :

VH,m3/kg udara kering = (2,83 x 10-3 +4,56 x 10-3 )TK

VH ft3/lbm udara kering = (0,0252 +0,0405)T0R

Humidity relative atau persen humidity relatif dinyatakan sebagai persen dan didefinisikan sebagai 100 x p/pASpA = tekanan uap air pada temperatur bola kering campuran

p = tekanan parsial uap air

PAS = tekanan uap air murni

R = 100pA/pAS atau R =100pA.p.(4)

R = p = 100/0dengan mengkombinasikan

pA p-pAS

(100) (5)

pAS P- pAS

Volume jenuh adalah volume humid dan gas jenuh. Menurut Banchero volume jenuh adalah volume dalam ft3 1 lb udara kering + uap air yang diperlukan untuk menjenuhkannya.

Titik embun campuran udara-uap air

Temperatur titik embun atau titik embun adalah temperatur pada saat gas telah jenuh oleh uap. Jika gas didinginkan , titik embun adalah temperatur pada saat kondensasi pertama terjadi.

Contoh : (humidity data tekanan uap)

Udara dalam ruangan pada temperatur 26,70C dan tekanan 101,3 kPa mengandung uap air dengan tekanan parsial (pA)= 2,76 kPa.

Hitung : a. Humidity b. Humidity jenuh dan persen humidity c. Persen humidity relatif

penyelesaian :

dari kukus tabel Geankolis pada T = 26,7 0C tekanan uap air (pAs) = 3,5 kPa dan P= 101,3 kPa

Humidity, = 18 Pa

=0,017 kh H20/kg udara kering

29 P- pA

Humidity jenuh,0 = 18 Pas = 0,22kg H2O/kg udara kering

29P-pAs

Persen humidity p = 100/0 = 100x0,017/0,02 = 77,27 %

Persen relatif humidity relatif, R = 100Pa/pAs

= 78,86 %

temperaturVapor PresstemperaturVapor Press

K0CkPammHgK0CkPammHg

273.1500.6114.56323.155012.33392.51

283.15101.2289.21333.156019.92149.4

293.15202.33817.54343.157031.16233.7

298.15253.16823.76353.158047.34355.1

303.15304.24231.82363.159070.10525.8

313.18407.37555.32373.15100101.325760.0

Entalpi total 1 kg udara + uap air adalah J/kg atau Kj/Kg udara kering.

Jika To dipilih sebagai temperatur datum (dasar) untuk kedua komponen, maka entalpi otal adalah panas sensible campuran udara uap air + panas laten dalam J/kg atau Kj/kg gas =uap air pada To. Hubungan antara tekanan parsial uap dan humidiy gas dapat diturunkan sebagai berikut :

Massa uap = PwMw/RT dan massa dari gas = (P-Pw)MA/RT

Jadi humidity gas dapat dirumuskan sbb : [Pw/(P-Pw)](Mw/MA)..(6)

Dan humidity dapat gas jenuh adalah : = [Pwo/(P-Pwo](Mw/MA).(7)

Pw= tekanan parsial uap dalam gas

Pwo= tekanan parsial gas jenuh pada temperature/suhu sama.

MA= massa/berat rata-rata dari gas

P= tekanan total

R= konstanta gas,8,314 KJ/Kmol K

= humidity gas jenuh

T = temperaur absolute

Untuk sistem udara-air Pw biasanya jauh lebih kecil dari P, jadi dengan menggantikan berat/massa molekul = 18 Pw/29P

Humidity dalam persen = 100/0 Dari persamaan 1 dan 2 maka diperoleh :

Humidity dalam persen :

= [(P-P0)/(P-PW)](100PW/PWO)

= [(P-PWO)/(P-PW) (humidity relatif dalam persen) ..(8)

Ketika (P-PWO) / (P-PW) 1, humidity relative dan humidity dalam persen adalah sama.

Keadaan ini dapat dicapai ketika tekanan parsial dari uap hanya bagian yang sangat kecil dari tekanan total atau ketika gas hamper jenuh, yaitu : Pw PWO Temperatur jenuh adiabatic

Pada gambar berikut ini, suatu gas berupa campuran uap air-udara dikontakkan dengan air dingin. Gas yang meninggalkan sistem mempunyai humidity dan temperature yang berbeda, dan prosesini adalah proses adiabatic, yaitu tidak ada panas yang di tambahkan atau dihilangkan ke atau dari system. Air disirkulasikan akan bertambah dengan air make-upTemperatur air yang disirkulasi akan mencapai temperatur keadaan lunak dan temperatur ini disebut temperature jenuh adiabatic (Ts). Jika gas yang masuk pada temperature T mempunyai humidity tidak jenuh. Maka Ts akan semakin rendah dari T. jika kontak antara gas dan semprotan air cukup untuk menjadikan gas dan cairan setimbang (sebagai hasil difusi dan perpindahan panas antara gas dan cairan). Udara yang meninggalkan system akan jenuh pada Ts dan mempunyai humidity jenuh juga.

Gambar saturator adiabatic udara-uap air

Temperatur bola basah

Humidity gas/udara akan naik bila gas dialirkan diatas/melalui cairan karena penguapan cairan. Temperatur cairan akan turun kebawah temperatur gas dan panas akan berpindah dari gas ke cairan. Pada kesetimbangan laju perpindahan panas dari gas akan menyeimbangkan panas yang dibutuhkan untuk menguapkan cairan dan cairan dikatakan pada temperatur bola basah. Laju temperature ini dicapai tergantung temperature awal dan laju aliran gas yang melalui air. Proses dengan laju alir gas yang besar dan permukaan air yang kecil hampir tidak mengubah humidity.Laju dari perpindahan panas dari gas ke cairan dirumuskan sbb:

Q = h . A . (-w) .(9)

Q = laju panas

h = koefisien perpindahan panas

= temperatur gas

w = temperatur cairan

temperatur bola basah w tergantung pada temperatur dan humidity gas dan nilainya dari buku ditentukan untuk kecepatan gas relatif tinggi.

Cairan yang menguap ke dalam gas dipindah dengan cara difusi penyerapan dari batas permukaan ke aliran gas karena perbedaan konsentrasi dipermukaan dan c konsentrasi uap dialirkan gas adalah konsentrasi uap dialiran gas.

Laju penguapan ditulis :

W = HDA(c0-c)=(hDA) (MW/RT) (PWO-PW) (10)

hD = adalah koefisien perpindahan massa.

Tekanan parsial Pw dan Pwo dapat digantikan dengan dan w pada persamaan 6 dan 7.

Jika Pw dan Pwo relatif kecil disbanding P, (P-Pw)dan (P=Pwo) dapat digantikan dengan tekanan parsial rata-rata dari gas PA dan didapatkan :

W = [Had(w-) Mc/RT] PAMA/MW

= Hd A (w-)(11)

A = adalah berat jenis (density) pada tekanan parsial PA

Perpindahan panas yang dibutuhkan untuk memelihara laju penguapan adalah :

Q = Had a(w)

Jadi persamaan 9 dan 12 :

(-w) = - (h/hD ) (-w)(12)

H dan Hd keduanya tergantung ketebalan film dari kesamaan karenanya pengurangan pada tekanan sebagai hasil kenaikan kecepatan gas akan menaikkan h dan Hd. Pada temperatur normal (h/Hd) tidak tergantung pada kecepatan gas lebih dari 5m/detik. Pada keadaan ini perpindahan panas secara konveksi lebih besar dari radiasi dan konduksi.

Temperatur bola basah w tergantung pada temperatur dan humidity gas dan nilainya dari buku ditentukan untuk kecepatan gas relative tinggi. Perbandingan (h/Hd) adalah konstan. Untuk sistem udara-air, perbandingan (h/Hd a) adalah sekitar 1,0 Kj/kgk, sebagai tambahan untuk zat-zat organic bervariasi antara 1,5- 2,0 Kk/kg K. temperatur bola basah ini dapat dicari dari grafik temperatur humidity.

Contoh :

Suatu campuran uap air-udara mempunyai temperatur bola kering 60C (140F) di lewatkan melalui bola basah, temperatur bola basah yang di peroleh 29,5C. berapa humidity campuran?

Penyelesaian : Gunakan grafik humidity Geankoplis.

Tarik garis 29,5C (1) sampai memotong garis jenuh 100%, kemudian ikuti garis pendinginan adiabatic atau garis jenuh adiabatic (2) sampai memotong garis temperatur bola kering 60C (3). Dari perpotongan garis tsb dihubungkan kearah kanan (4) untuk mendapatkan campuran yaitu 0,0135 kg H2O/kg udara kering. Selanjutnya lihat diagram peraga bawah ini.

Contoh 2 :

Udara pada temperatur 25C dan humidity 0,010 kg H2O/kg udara kering dipanaskan menjadi 70C. berapa temperatur bola basah sebelum dan sesudah pemanasan?

Penyelesaian :

Gunakan grafik humidity gambar Geankoplis.

Tarik garis dari humidity 0,01(1) kekiri sampai memotong dengan garis jenuh adiabatic 25C (2), kemudian dari titik perpotongan tersebut. Selanjutnya, dihubungkan kebaeah (4), sehingga diperoleh temperatur bola basah sebelum pemanasan (T1) = 18C. dengan cara yang sama pada temperatur 70C akan diperoleh temperatur bola basah sesudah pemanasan (T2) = 31,5 C. lihat diagram dibawah ini.

Grafik psikometrik ini,pada dasarnya, digunakan untuk mengetahui hubungan temperatur-humidity dan enthalpy-humidity.

Grafik temperatur humidity

Humidity untuk bermacam-macam harga humidity relatif dalam persen.

Untuk gas jenuh =[Pwo/(P-PW)] (MW/MA)..(14)

Dari persamaan 1 dan 3 humidity relatif dalam persen Z adalah :

x = {Z/100} P-PWO bb...(15)

P-(ZWOP/100)

Volume spesifik gas kering adalah sebagai fungsi linier dari temperatur.

Volume dalam keadaan jenuh ini naik sangat cepat karena jumlah kandungan uap dan volume spesifik gas kering naik sesuai kenaikan temperatur. Pada temperatur tertentu volume humidiy brubah secara linier terhadap humidity,sehingga volume dari gas tak jenuh dapat ditentukan denagn pemanjangan.

Panas laten penguapan dalam grafik panas humid digambarkan sebagai absis dan humidity sebagai ordinat.Untuk mencari humidity dan temperatur bola basah dengan temperatur dan humidity relatif diketahui gunakan grafik humidity-entalpi untuk sistem udara-air (Coulson, 1985).

Humidity relatif dapat diketahui dengan menggunakan VAISALA Of Humidity Instrument.

Dalam perhitungan entalpi perlu untuk mementukan keadaan standar acuan(referensi) yang entalpi dianggap nol. Keadaan yang terbaik untuk mengambil titik leleh dari bahan yang mempunyai uap sebagai temperatur acuan dan keadaan cair sebagai kondisi standar.

Jika H adalah entalpi gas yang lembab per unit massa dari gas kering Ha adalah entalpi gas kering, Hw adalah entalpi uap, Cw adalah panas spesifik dari uap. Ca adalah panas spesifik dari gas pada keadaan konstan, adalah temperatur gas yang lembab, 0 adalah temperatur acuan, y panas laten penguapan dari cairan pada 0.

Untuk gas tak jenuh H = H2 +HW .(16)

Ha = Ca(-0)..(17)

Hw = Cw (-0) +(18)

H = (Ca + x. Cw) (-0) +

= (-0)S + ...(19)

Contoh 1 :

Temperatur bola kering dan titik embun udara yang masuk ke alat pengering adalah 130F dan 60F dengan menggunakan garfik humidity carilah :

a. Ihumidity aktual

d. persen humid

b. Temperatur bola basahe. panas humid

c. Humidity jenuh

f. volume humid

Penyelesaian :

Untuk menyelesaiakan soal ini digunakan grafik humidity dari daftar pustaka no.1 (halaman 740)

Tarik garis dari titik embun 60F kearah kanan, akan diperoleh humidity aktual 0,011 lb H20/lb udara kering.

Tarik garis dari temperatur 130F ke atas, kemudian tarik garis humidity 0,011 ke arah kiri sampai berpotongan denagn garis diatas. Tarik garis jenuh adaibatik melalui titik potong tersebut sampai memotong garis jenuh 100%, kemudian hubungkan ke bawah dan temperatur bola basah yang diperoleh adalah 79,8F.

Caranya sama dengan nomor b tetapi dari garis jenuh 100% dihubungkan ke kanan, humidity jenuhnya adalah 0,022 lbH2O.

Tarik garis temperatur 130F sampai berpotongan denag garis humid 0,011 yang dihubungkan kea rah kiri. Titik potong antara keduanya adalah persen humidity 10% (lakukan interpolasi jika diperlukan)

Tarik garis dari humidity 0,011 sampai memotong garis humid heat vs humidity, kemudian hubungkan ke atas sehingga diperoleh panas humid 0,245 BTU/F lb udara kering.

Dari garis temperatur bola kering 130F dihubungkan ke atas sampai memotong garis volume jenuh, kemudian di hubungkan kekiri volume humid diperoleh 15,1 ff3/lb udara kering.

Contoh 2 :

Diketahui temperatur bola kering 95F dan temperatur ola basah 65F. di tanyakan:

a. Humidity aktuald. panas humid, dan

b. Titik embun

e.volume humid

c. Persen humidPenyelesaian : gunakan grafik temperatur humidity

Tarik garis temperatur bola kering 95F, kemudian tarik garis temperatur bola basah 65F. dari titik perpotongan tersebut hubungkan kea rah kanan untuk mendapatkan humidity aktual yaitu : 0,0062 lb H2O/lb udara kering.

Titik embun diperoleh dengan menarik garis horizontal pada humidity 0,0062 ke kiri sampai memotong garis jenuh 100%, sehingga akan diperoleh titik embun 45,5F.

Persen humid diperoleh dengan cara interpolasi antara 10% dan 20% RH, persen humidity yang diperoleh adalah 17,5%.

Panas humid diperoleh dengan menarik garis horizontal pada humidity 0,0062 sampai memotong garis humid heat vs humidity sehingga panas humid yang diperoleh adalah 0,243 BTU/F lb udara kering.

Tarik garis temperatur bola basah 65F, kemudian tarik pula garis temperatur bola kering 95F sampai berpotongan dengan garis 65F di atas. Titik potong antara keduanya terletak volume humid yaitu 14,11 ft3/lbm udara kering.

Daftar alat dan bahan

Alat yang digunakan

-seperangkat alat humidifikasi dan dehumidifikasi

-termometer ayunan

- termometer biasa

-kain basah

-stop watch

-kompresor

Bahan yang digunakan

-air dan udar tekan

Gambar rangakaian alat

Rangkaian peralatan untuk percobaan humidifikasi tanpa pemanasan dan humidifikasi dengan pemanasan.

Untuk percobaan humidifikasi tanpa pemanasan heater dimatikan (off) dan dengan pemanasan heater dihidupkan (on).

Untuk percobaan dehumidifikasi tanpa pemanasan, heater dimatikan (off) dan dengan pemanasan heater dihidupkan (on)

Langkah kerja

Perlu diperhatikan

Banyak uap alcohol dari leaching [mudah terbakar & karsinogen]

Peralatan mudah pecah [gelas dan elektronik]

Lingkungan banyak loose nuts/screws bahan kimia [jas lab/Up-Roll]

Percobaan humidifikasi tanpa pemanasan

1. Putar switch (merah) searah jarum jam pada posisi ON2. Putar juga switch control air pressure (hitam) pada posisi ON3. Atur katub-katub berkut : V1 = terbuka

V4 = terbuka

V2 = tertutup

V5 = tertutup

V3 = tertutup

4. Tekan tombol P2 (kompresor) ON5. Atur katub utama (V9) sehingga didapat perbedaan tekanan orifice 40 mbar

6. Lakukan pencatatan data terima (laju alir sirkulasi = 0 setelah 10 menit ) lihat pengisian data.

7. Tekan tombol P1 (centrifugal pump) ON

8. Atur kecepatan surkulasi air 70 liter/menit dengan katub V7 dan V8 dan pastikan tidka ada udara di dalam saluran manometernya dengan cara mengeluarkan udara dengan membuka sambungan manometer.

9. Tumggu 10 menit, kemudian ambil data. Apa yang diamati?

10. Naikkan kecepatan air 80,90,100, 110 liter perjam.

11. Lakukan pengambilan data?

Percobaan dengan pemanasan

1. Atur katub-katub berikut :V1 = tertutupV4 = terbuka

V2 = terbuka V5 = terbuka

V3 = tertutupV6 = tertutup

2. Atur katup utama (V9) sehingga perbedaan tekanan orifice 50 mbar.

3. Atur pemanasan secara bertahap, set pada temperatur akhir 50C

4. Lakukan seperti langkah-langkah percobaan 5.1A.

Percobaan dehumidifikasi tanpa pemanasan

1. Atur katub-katub berikut : V1 = tertutupV4 = terbuka

V2 = terbuka V5 = tertutup

V3 = tertutupV6 = terbuka

2. Tekan tombol P2 (kompersor) dan alur perbedaan tekanan pada orifice 40 mbar.

3. Tunggu sekitar 10 menit, lakukan pengambilan data.

4. Ubah perbedaan tekanan orifice pada 6 mbar.

Percobaan dengan pemanasan

Dilakukan seperti langkah-langkah percobaan 5.2.A dengan penambahan pemanasan terkontrol (heaternya ON pada posisi 2).

Keselamatan kerja

Buka semua keran air sebelum pompa (P1) dihidupkan untuk menghindari kerusakan tabung dan pipa-pipa kaca.

Naikkan suhu heater secara perlahan-lahan/bertahap sebesar 5C sampai set point yang diinginkan tercapai.

Selamat bekerja , utamakan keselamatan

Tabel data pengamatan

1. Prose humidifikasi

1.a tanpa sirkulasi air

1.a 1 tanpa pemanasan

NOLaju udarawaktuUdara masukUdara keluarket

TbshTkrgHvTbshTkrgv

150 mb0

220

360mb40

460

1.a.2 dengan pemanasan

Laju udara dP = 50 mbar


TbshTkrgHvTbshTkrgv

150 0

220

37040

460

1.b Dengan sirkulasi air

1.b.1 Tanpa pemanasan



TbshTkrgHvTbshTkrgv

1700

220

39040

460

1.b.1 Dengan pemanasan


Temperatur set = 60C


TbshTkrgHvTbshTkrgv

1700

220

39040

460

2. Proses dehumidifikasi/absorsi

2.a Tanpa pemanasan


TbshTkrgHvTbshTkrgv

150 mb0

220

360mb40

460

2.b Dengan pemanasan

Laju udara dP = 50 mbar dan 60 mbar


TbshTkrgHvTbshTkrgv

150 0

220

37040

460

Keterangan tambahan

Data tersebut bila menggunakan temperatur sisteem ayun [swinging thermometer] yang terdiri dari dua thermometer kering [warna kuning] dan temperatur basah [warna putih bola selalu ditutup kain basah]

Bila digunakan Humidity meter Vaisala Oy yang tersedia maka Tbsh [temperatur bola basah] dapat diganti data RH [kelembaban relatif], entalpi, H dan volume v yang didapat dengan menggunakan grafik/chart psyshometric P = 1 atm

Pertanyaan

Sebutkan definisi humidifikasi dan dehumidifikasi, berikan contoh.

Apakah proses adiabatik itu ?

Adakah pengaruh pemanasan (heater) terhadap humidity udara, berikan bukti dengan menggunakan data percobaan?

Untuk mendapatkan laju hunidifikasi yang tinggi kontak permukaan antara udara dan air harus dibuat sebesar mungkin. Modifikasi apa yang dapat kita lakukan terhadap alat yang telah kita gunakan?

Gambarkan diagram alir untuk masing-masing percobaan (2 buah)?

PUSTAKA

1. Banchero, J.T, Introduction to Chemical Engineering, Mc.Graw Hill Book

Company,1988

2. Coulson, J.M. Chemical engineering, Pergamon Press, Volume one, Third Edition, 1985.

3. Geankoplis, C.J, Second Edition,1987

4. PEDC Bandung, Unit Operation Laboratory Job Sheet, Edisi, 1991.

5. Reynold, W.C, Thermodnamika Teknik , Penerbit Erlangga, Edisi Kedua, 1989

Laboratorium Pilot Plant 67

bab 5 humidifikasi

Documents