kelompok-10_wwc

Laporan Praktikum UOP 2Modul WETTED WALL COLUMN

Kelompok 10:

Agil RamadhanAisyah NurJupiter ErestaDEPARTEMEN TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS INDONESIA

TUJUANMenentukan besarnya koefisien perpindahan massa rata-rata dari lapisan tipis air ke dalam aliran udara.

Mengamati karakteristik perpindahan massa air-udara pada suatu dinding kolom yang terbasahi.

Mengamati dan memahami hubungan antara kelembaban udara relative (HR) dan absolut (H) terhadap laju alir fluida di kolom dinding terbasahi (Wetted Wall Column).

Mengamati dan memahami laju alir fluida terhadap koefisien perpindahan massa (kG) dari lapisan tipis air ke dalam aliran udara.

Memahami hubungan antara bilangan Sherwood terhadap koefisien perpindahan massa (kG) air ke udara dalam WWC.

Difusimerupakan peristiwa mengalirnya atau berpindahnya suatu zat dalam pelarut dari bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah secara konstan.

Perbedaan konsentrasi yang ada pada dua larutan disebut gradien konsentrasi.

Difusi akan terus terjadi hingga seluruh partikel tersebar luas secara merata atau mencapai keadaan kesetimbangan dimana perpindahan molekul tetap terjadi walaupun tidak ada perbedaan konsentrasi.

Mekanisme difusiDifusi dapat terjadi melalui dua mekanisme, yaitu:

difusi molekular (molecular diffussion) adalah mekanisme yang sering terjadi pada fluida yang tidak mengalir.

konveksi (mass transfer convection) adalah mekanisme perpindahan yang melibatkan adanya konveksi paksaan untuk meningkatkan laju perpindahan.

Hukum Fick PertamaLaju perpindahan massa A dalam arah z per-satuan luas (flux A0) disefinisikan sebagai berikut:

Persamaan diatas disebut hukum ficks pertama. Hukum Fick Pertama didasarkan adanya pemahaman mengenai gradien konsentrasi antara dua titik akibat terjadinya difusi molekular (molecular diffusion), yang dapat didefinisikan sebagai proses perpindahan atau gerakan molekul-molekul secara individual yang terjadi secara acak.

Hukum Fick keduaPada persamaan Hukum Fick kedua mekanisme perpindahan massa konveksi mulai diperhitungkan karena fluida mengalami pergerakan sehingga mempengaruhi proses difusi

Perpindahan Massa Pada Dinding Kolom Yang TerbasahiProses difusi dalam percobaan ini berlangsung pada daerah antar muka (interface) antara aliran udara dan aliran air. Aliran air yang menyusuri dinding kolom diusahakan membentuk lapisan tipis atau film yang kemudian akan kontak dengan aliran udara yang mengalir di tengah kolom.Percobaan ini divariasikan:Laju alir udaraLaju alir air (laminer, transisi, dan turbulen)

Neraca Massa WWC

Bilangan Sherwood

Bilangan Reynold

Bilangan Schmidt

PERALATAN

PERALATANKompresoruntuk mengalirkan udara ke dalam sistem

Termometermencatat temperatur udara masukan, temperature udara keluaran baik dry maupun wet.

Relative Humidity Displaysebagai pencatat nilai humidity

Kolom udarasebagai tempat terjadinya proses kontak antara air dan udara

Sumber airberasal dari lab POT yang dialirkan ke alat melalui selang

PROSEDURMenghidupkan kompresor untuk mengisi persediaan udara pasokanMengalirkan udara ke dalam kolom. Lalu mengatur kecepatan aliran yang sesuai dengan menggunakan katup jarum. Mencatat temperatur, tekanan udara dalam kolom.Mengalirkan air ke dalam kolom sesuai dengan kecepatan yang diinginkan (laminer, transisi, atau turbulen) dan menjaganya supaya seluruh kolom dapat terbasahi secara merata.Membiarkan keadaan ini berlangsung sampai keadaan steady tercapai. Kemudian mencatat temperatur udara masuk, udara keluar, air masuk, air keluar, tekanan operasi dan kelembaban relatif udara keluar.Mengulangi percobaan dengan mengubah laju alir sebanyak dua kali yaitu untuk aliran transisi dan turbulen, masing-masing dengan perubahan laju alir udara sebanyak enam kali. Mencatat senua data yang diperlukan seperti pada poin empat.

DATA PERCOBAANlaminarturbulentransisi

Q (cm3/s)Q (m3/s)v (m/s)Redelta PTin (C)Twet (C)T out dry (C)Humidity (%)320,0000320,017509981844,8566125272876320,0000320,017509981844,856622527,52876320,0000320,017509981844,856632527,52876

Q (cm3/s)Q (m3/s)v (m/s)Redelta PTin (C)Twet (C)Tdry (C)Humidity (%)1200,000120,065662433168,21212628,328,6761200,000120,065662433168,21222628,228,6761200,000120,065662433168,2123262828,376

Q (cm3/s)Q (m3/s)v (m/s)Redelta PTin (C)Twet (C)Tdry (C)Humidity (%)1600,000160,087554224,28312628,528,7761600,000160,087554224,28322628,628,7761600,000160,087554224,28332628,128,376

ALGORITMA PENGOLAHAN DATAMencari Tbulk dan TintMenghitung HA0, HAL, dan Haint dengan menggunakan psychromethric calculatorMenghitung fraksi mol uap air (YA0, YAL, YAi)Menghitung tekanan parsial (PA0, PAL, PAi)Menghitung densitas udara (udara)Menghitung laju alir volumetrik dari udara (Qudara)

Menghitung kecepatan udara (vudara)Menghitung laju alir massa udara (G)Menghtung koefisien perpindahan massa (kG)Menghitung difusivitas air di udara (DAB)Menghitung PBMMenghitung Sh, Re, dan Sc untuk udara

Mencari Tbulk dan Tintlaminarturbulentransisi

delta PTbulk (C)Tint (C)126,526,74922226,526,99691326,526,99691



Menghitung HA0, HAL, dan HaintHA0: kelembaban absolut aliran udara masukHAL: kelembaban absolut aliran udara keluarHAint: kelembaban absolut aliran udara pada suhu interfaceSatuan dalam gr H2O/gr udara

LAMINARTRANSISITURBULENHa0 (gr/gr)HaL (Gr/gr)Haint (gr/gr)Ha0 (gr/gr)HaL (Gr/gr)Haint (gr/gr)Ha0 (gr/gr)HaL (Gr/gr)Haint (gr/gr)0,02480,02430,0260,0290,02760,02580,02830,02790,02840,02380,02370,02580,02820,02740,02830,02880,02810,02890,02380,02370,02580,02780,0270,02790,0270,02710,028

Menghitung YA0, YAL, YAiMA: berat molekul air (18 g/mol)MB: berat molekul udara (29 g/mol)Y yang dihitung sesuai dengan H yang digunakan

laminarturbulentransisi

Ya0YaLYai0,038420,0376750,0402050,0369280,0367790,0399080,0369280,0367790,039908

Ya0YaLYai0,0446370,0425740,0399080,0434590,0422780,0436060,0428690,0416870,043016

Ya0YaLYai0,0436060,0430160,0437540,0443430,0433110,044490,0416870,0418350,043164

Menghitung PA0, PAL, PAiPt merupakan tekanan total (1 atm)Nilai P yang dihitung sesuai dengan H yang digunakan (dalam satuan atm)

laminarturbulentransisi

Pa0 (atm)PaL (atm)Pai (atm)0,0384230,0376780,0402080,0369340,0367840,0399140,0369370,0367870,039917



Menghitung udara

delta Pudara (g/l)

laminartransisiturbulen11,18661,18291,182921,18691,18291,182931,1871,18311,183

Menghitung Q dan vQ laju alir volumetrik udara (ml/s). Dihitung dengan Grafik kalibrasi manometer

V kecepatan udara (cm/s) = Q/A

delta PQ (ml/s)v (cm/s)laminartransisiturbulen195051,98351,98351,9832135073,8773,8773,8731850101,229101,229101,229

Menghitung G dan kG

delta PlaminartransisiturbulenG (mol/s)kG (mol/cm2satm)G (mol/s)kG (mol/cm2satm)G (mol/s)kG (mol/cm2satm)10,03890,0007720,03870,001270,03870,00356820,05520,0001540,0050,006920,0550,00655730,07570,0002110,07540,009480,07550,000455

Menghitung DAB

delta PDAB (cm2/s)laminartransisiturbulen122389253204225723432292259407640122243079597922562013864226010406253224291340082252975807222538412080

Menghitung PBMPBL = PT PAL PBi = PT PAi

delta PPbmlaminartransisiturbulen10,9611307790,9588297390,95668584820,9617982780,9571995290,9562410730,9618695460,9578612370,957713474

Menghitung bilangan Sh, Re, dan Sc untuk aliran udara

delta PlaminartransisiturbulenShReScShReScShReSc13,507E-151644,64,47E-175,935E-151639,14E-171,67E-141639,164,43E-1727,034E-162337,34,46E-173,223E-142329,54E-173,07E-142329,514,42E-1739,641E-163203,24,46E-174,395E-143192,54E-172,11E-153192,534,44E-17

Menghitung k, a, b

Menghitung m dan c untuk Aliran Laminerm1: -1,9875m2: 801,85m3: -0,0027c1: -8,1897c2: 0,9774c3: 0,7466

Menghitung m dan c untuk Aliran Transisim1: 3,0383m2: 858,66m3: 0,0028c1: -23,906c2: 14028c3: -16,363

Menghitung m dan c untuk Aliran Turbulenm1: -3,0093m2: -916,22m3: 0,0036c1: -3,8713c2: -14998c3: -16366

Menghitung k, a, dan b

laminartransisiturbulenkabkabkab - 0,0032-12,278 - 2,404858,76 - -3,29E-03-0,9162

Analisis PercobaanTujuan Menentukan besarnya koefisien perpindahan massa rata-rata dari lapisan tipis air yang mengalir secara turbulen ke dalam aliran udara Mengamati karakteristik perpindahan massa air-udara pada suatu dinding kolom yang terbasahi.

Fluida yang digunakan untuk dikontakkan adalah air dan udara.

Percobaan ini pada air aliran laminar, transisi, dan turbulen.

Variabel bebas adalah besar perbedaan tekanan (h), bernilai 1 cm, 2 cm, dan 3 cm. Tujuannya ialah untuk melihat pengaruh perbedaan tekanan terhadap proses perpindahan massa.

Analisis PercobaanPerbedaan konsentrasi pada dua fase mengakibatkan pergerakan molekul dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah.

Kontak yang terjadi antara air dan udara merupakan peristiwa perpindahan massa, yaitu perpindahan air dari kolom ke udara.

Saat udara dan air saling berkontak di dalam kolom, molekul-molekul air berdifusi ke udara sehingga mengakibatkan kandungan air di udara meningkat.

Saat air dan udara saling kontak di dalam kolom, sistem akan berusaha mencapai kesetimbangan dengan difusi antara molekul yang berkontakkan.

Analisis PercobaanLangkah yang dilakukan:Kompresor dinyalakan untuk mengalirkan udara ke kolom.Air dialirkan dari atas kolom hingga melapisi seluruh dinding kolom secara merata dan membentuk suatu lapisan film pada kolom. Aliran yang digunakan laminar, transisi, atau turbulen, bukaan valve untuk mengalirkan air diatur bukaannya. Hitung volume air yang keluar tiap detik dihitung sehingga dapat dihitung laju alir air Hitung besar bilangan Reynoldnya. Bilangan Reynold (Re) ini digunakan untuk mengetahui jenis aliran air yang digunakan.

Analisis PercobaanPada percobaan ini, variabel yang diamati adalah suhu udara masuk (Tin dry), suhu udara keluar (Tout dry), Twet, dan kelembaban udara (H).

Tin dry merupakan suhu udara kering sebelum berinteraksi dengan air (masuk kolom) sedangkan Tout dry merupakan suhu udara setelah berinteraksi dengan air (keluaran kolom).

Twet merupakan suhu yang dianggap sebagai referensi dimana pada Twet, kelembaban relatifnya diasumsikan bernilai 100% atau jenuh.

Proses perpindahan massa yang terjadi diamati dari perubahan kelembaban udaranya (H).

Analisis Hasil Hubungan Laju Alir Udara terhadap Tin dry, Tout dry dan TwetDari data hasil percobaan T out dry > T wet > T in dry untuk setiap h yang berbeda h merupakan nilai beda tekanan pada orifice antara kompresor dan kolom

Hubungan Laju Alir Udara terhadap DifusifitasPada data hasil pengamatan, semakin besar laju alir udaranya konstanta difusifitasnya semakin kecil.

Dengan meningkatnya kecepatan udara maka waktu kontak antara udara dengan air semakin cepat sehingga menyebabkan semakin sedikitnya air yang akan berdifusi ke udara dan menyebabkan konstanta difusifitas yang semakin kecil.

Analisis HasilHubungan Laju Alir Udara dengan Koefisien Pindah MassaMeningkatnya kecepatan aliran udara akan menyebabkan proses difusi semakin cepat dan interaksi air dan udara menjadi lebih cepat.

Proses kesetimbangan sulit untuk tercapai dan perpindahan massa air dari fasa cair ke gas menjadi semakin sedikit.

Terjadi penurunan koefisien perpindahan massa seperti yang ditunjukan pada hasil pengamatan.

Analisis HasilHubungan dengan bilangan tak berdimensiBilangan Sherwoodmenunjukkan besarnya kemampuan terjadinya perpindahan massa melalui proses difusi, dapat dilihat bahwa terdapat perbandingan antar koefisien transfer massa dengan nilai difusivitas dari air ke udara.

Nilai kG yang besar akan menyebabkan bilangan Sh yang besar.

Nilai dari koefisien perpindahan massa (kG) besar, menunjukkan bahwa perpindahan massa yang terjadi pada sistem juga besar.

Analisis HasilHubungan dengan bilangan tak berdimensiBilangan ReynoldPenentu karakteristik fluida yaitu fluida alir bersifat turbulen, transisi atau laminar.

Mekanisme transfer massa yang terjadi karena bilangan reynold hanya mengidentifikasikan karakteristik aliran fluida yang terjadi.

Untuk aliran mempunyai bilangan Reynold kecil dari 2100 disebut fenomena aliran laminer.

Aliran transisi memiliki bilangan Reynold antara 2100 sampai 3000,

Untuk Re lebih besar dari 3000 dikatakan fenomena aliran turbulen.

Analisis HasilHubungan dengan bilangan tak berdimensiBilangan SchmidtBerbanding lururs dengan Re

Bilangan Schmidt berbanding terbalik dengan koefisien difusifitas.

Menunjukkan hubungan karakteristik fluida dengan kemampuannya berdifusi.

Aetika aliran udara semakin cepat maka waktu kontak antara air dan udara semakin sedikit sehingga kemampuan berdifusi air ke udara semakin kecil

Dari data hasil percobaan, semakin besar laju alir udara akan meningkatkan nilai bilangan Schmidt. Dengan meningkatnya bilangan Reynold dan Schmidt maka bilangan Sherwoodnya juga akan semakin meningkat sehingga dapat diketahui dengan meningkatnya laju alir udara, bilangan Sherwoodnya juga akan cenderung semakin meningkat.

Analisis HasilDengan meningkatnya bilangan Reynold dan Schmidt maka bilangan Sherwoodnya juga akan semakin meningkat yang berarti dengan meningkatnya laju alir udara, bilangan Sherwoodnya juga akan semakin meningkat.

Pada percobaan ini nilai K tidak dapat dihitung karena nilainya terlalu kecil, disebabkan oleh data yang didapatkan pada saat percobaan tidak terlalu baik.

Analisis KesalahanKondisi steady state belum tercapai pada saat pengambilan data sehingga data yang diperoleh belum menunjukan keadaan yang setimbang

Kesulitan mengatur tinggi liquid pada manometer

Re semakin meningkat seiring dengan peningkatan laju alir udara.

Hal ini membuktikan bahwa peristiwa perpindahan terjadi karena adanya perbedaan konsentrasi.

Bilangan Sherwood, Schmidt, dan Reynold berhubungan satu sama lainnya melalui persamaan, dan hal ini dibuktikan dalam pengolahan data.

Semakin besar kecepatan udara maka konstanta difusivitasnya semakin kecil.

Kesimpulan

Tunggu 15 menit sebelum mnegambil data agar kondisi steadySebelum praktikum pastikan kapas pada thermometer sudah basah.Waktu pengukuran antar aliran diperpanjang, agar setiap aliran dalam keadaan steady saat diukur.

Saran

Treybal, Robert E. 1981. Mass Transfer Operation 3rd ed. Tokyo: McGraw-Hill.Perry, Robert H. & Don W. Green. 1999. Perrys Chemical Engineers Handbook 7th ed. New York: McGraw-Hill.

Daftar Pustaka

kelompok-10_wwc

Documents