SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INDUSTRI

PROSES PEMBENTUKAN UAP

TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI

Proses Pembentukan Air Menjadi Uap

Alasan dipakai air sebagai fluida

1. Mudah dipakai dan banyak jumlahnya

2. Tidak beracun terhadap makhluk

3. Mudah dalam pemindahan

4. Tidak mudah merusak logam yg dipakai

5. Hampir mengikuti azas-azas thermodinamika, khususnya dalam transformasi energi

Proses pembentukan air menjadi uap

Vo, V1, V2, V3 to, t1, t2, t3

sejumlah molekul air diatas sekeping logam dengantemperatur nolkecepatan air nolkemudian diberi panas shg

terjadi proses sebagai berikut

1. diberi panas Vo V1

to t1 bergerak2. ditambah panas V1 V2

t1 t2 bergerak3. ditambah panas V2 V3

t2 t3 pergerakan molekul air semakin besar

4. ditambah panas V3 V4

t3 t4 molekul air melepaskan diri dari lingkungannya dan berubah menjadi uap

Proses ini disebut proses penguapan, dimana molekul-molekul air berubah menjadi uap disebut air sedang mendidih dan temperatur saat itu mencapai temperatur didih

mm

m

mm

1 2 3 4 5

Air

Uap

t < tdtd

td

tdt > td

1 – Pemanasan. Temperatur t belum mencapai temperatur titik didih td

2 – Temperatur t telah mencapai temperatur titik didih td. Volume air membesar. Gelembung udara terbentuk.

3 – Air mendidih dan terbentuk uap air wet steam. Terjadi multi fase (campuran air dan uap air).

4 – Air menguap secara keseluruhan saturated vapor.

5 – Pemanasan lanjut uap air (t > td) superheated steam.

Proses tsb dilakukan pada sebuah tangki tertutup

* diberikan panas terus menerus * temp air berubah menjadi temp

uap * kran dibuka, maka uap keluar * kran ditutp, maka uap tdk

keluar

Uap yang terjadi dalam keadaan ini disebut :

“ Uap Kenyang “

Ciri-ciri Uap kenyang

1. Uap yang dalam keadaan seimbang dgn air dibawahnya

2. Jumlah uap yangmenjadi air sama banyak dengan jumlah air yang menjadi uap

3. Uap yang mempunyai tekanan dan temperatur mendidih yang sama

4. Uap yang mempunyai pasangan harga antara p dan td

5. Uap yang apabila didinginkan akan mengembun

Bila konstruksi tangki tsb diubah

uap kenyang uap panas lanjut

Bila uap tsb dialirkan

kemudian dipanaskan

maka temperatur uap

akan menjadi lebih besar

Uap dalam kondisi ini disebut

“ Uap Panas Lanjut “

Q2

Q1

Ciri-ciri Uap panas lanjut

1. Uap panas lanjut mempunyai temperatur lebih tinggi dari td

2. Uap panas lanjut adalah uap yang tidak dalam keseimbangan

3. Uap panas lanjut, uap yang tidak mempunyai pasangan (p) dan temperatur (td)

4. Uap panas lanjut bila didinginkan tidak akan mengembun

Dari penjelasan tentang uap kenyang maupun uap panas lanjut, dapat diambil kesimpulan bahwa :

1. dari mulai air sampai menjadi uap panas lanjut secara thermodinamika berlangsung

pada tekanan tetap (isobar)

2. khusus pada saat terjadinya uap kenyang terdapat 2 (dua) proses sekali gus yaitu tekanan tetap (isobar) dan temperatur tetap (isotermis)

Berdasarkan hal tersebut dapat dibaut TQ diagram dan PV diagram

air

uap kenyang

uap panas lanjut

a

d

cb

T

p

Q

PV diagram sebagai berikut :

a b c d

p

V

awal mendidih akhir mendidih

Karakteristik sebenarnya parameter-parameter pada proses air dan uap dalam ketel uap

Entalphi

Entalphi

Panas yang terkandung oleh 1 kg air / uap kenyang / uap panas lanjut dari temperatur O oC sampai dengan ta / tu / tupl disebut “ ENTALPHI “

air

airair

uapuap

airair

tt1 =1 = 0 0 ooCC tt22 = t = t ooCC

tt11 = 0 = 0 ooCC tt22 = 10 = 10 ooCC

QQ

QQ

WW10 10 ooCC = 10 = 10

kkal/kgkkal/kg

WWt t ooCC = t kkal/kg = t kkal/kg

dengan demikian :

Entalphi yang terkandung bila air dipanaskan sampai 10 oC adalah :

Wt = 10 kkal/kg

untuk satuan SI

1 kkal = 4,178 kJ

10 kkal/kg = 10 x 4,178

= 41,78 kJ/kg

Entalphi

1. Entalphi Air ( Wd )2. Entalphi Uap kenyang ( i” )3. Entalphi Uap panas lanjut ( i ‘ )

Entalphi Air ( Wd )a. Panas yg dibutuhkan utk memanaskan 1 kg air

dari 0 oC menjadi t oCb. Panas yg dilepas oleh 1 kg air yg didinginkan

dari t oC menjadi 0 oC c. Panas yg dikandung oleh 1 kg air pada

temperatur t oC dihitung dari 0 oC

Selama proses mendidih, jumlah panas yang dibutuhkan adalah r (kJ/kg) yang mana r ini adalah panas penguapan

Panas Penguapan : r ( kJ/kg )Jumlah panas yg dibutuhkan utk menguapkan 1 kg air pada temperatur mendidihnya

b uap kenyang c

air

a

i “ = Wd + r

Wd r

Entalphi Uap Kenyang ( i “ = kJ/kg )a. Panas yg dibutuhkan utk memanaskan 1 kg air

dari 0 oC menjadi td oCb. Panas yg dilepaskan oleh 1 kg uap kenyang

dari td oC menjadi air pada 0 oC c. Panas yg dikandung oleh 1 kg uap kenyang

pada td oC

Entalphi Uap Panas Lanjut ( i ‘ = kJ/kg ) a. Panas yg dibutuhkan utk memanaskan 1 kg air

dari 0 oC menjadi tu oCb. Panas yg dilepaskan oleh 1 kg uap kenyang

dari tu oC menjadi air pada 0 oC c. Panas yg dikandung oleh 1 kg uap kenyang

pada tu oC

uap kenyang

uap panas lanjut

air

tu

td

T

Q

Wd r Cp (tu-td)

i” = Wd + r

i’ = i” + Cp (tu-td)

Menghitung Entalphi

Menghitung Entalphi

Untuk menghitung Entalphi dilakukan dengan dua cara yaitu :

1. diagram moolier

2. tabel uap

Pada Ketel Uap umumnya dipakai dengan menggunakan tabel dimana terdapat 2 buah tabel yaitu :

1. Tabel Uap Kenyang ( tabel – 1 )

2. Tabel Uap Panas Lanjut ( tabel – 2 )

Mollier Diagram

Perhitungan Entalphi

Berapa entalphi air mendidih pada saata. t = 165 oCb. t = 200 oC

Jawab :a. Untuk t = 165 oC, lihat tabel 1

Pada tabel 1 : t = 165 oC, Wd = 697 kJ/kg

b. Untuk t = 200 oC, lihat tabel 1 pada tabel 1 tidak terdapat t = 200 oC yang ada hanya t

= 198,3 oC dan t = 212,4 oC Untuk mencarinya dilakukan dgn interpolasi

Interpolasi

)(

)(

))(())((

ABtt

ttAx

ABtt

ttax

ABttttAx

tt

AB

tt

Ax

AB

Ax

AB

Ax

AxAB

ABAx

tA tX tB

A

X

B

Lihat tabel 1

t = 198,3 oC Wd = 844 kJ/kg

t = 212,4 oC Wd = 908 kJ/kg

maka

kgkJW

W

W

W

WWWW

d

d

d

d

dddd

/71,851

71,7844

)64(1,14

7,1844

)844908(3,1984,212

3,198200844

)(3,1984,212

3,198200

200

200

200

200

3,1984,2123,198200

Berapa entalphi uap kenyang pada

a. p = 30 bar

b. p = 56 bar

Jawab :

a. Untuk tekanan p = 30 bar, lihat tabel 1

tabel 1 p = 30 bar i “ = 2806 kJ/kg

b. Untuk tekanan p = 56 bar, lihat tabel 1

terlihat pada tabel 1 p = 50 bar i” = 2795 Kj/kg

p = 60 bar i” = 2784 Kj/kg

Karena tidak terdapat pada tabel 1, maka dilakukan interpolasi

kgkJi

i

i

iiii

bar

bar

bar

bar

/4,2749"

)11(10

62759"

)27952784(5060

50562759"

)""(5060

5056""

56

56

56

50605056

Hitung entalphi uap panas lanjut pada kondisi

a. p = 30 bar, t = 300 oC

b. p = 60 bar, t = 525 oC

c. p = 45 bar, t = 400 oC

d. p = 92 bar, t = 435 oC

jawab :

a. p = 30 bar lihat tabel 2

t = 300 oC i’ = 2995 Kj/kg

Dilakukan interpolasi temperatur dengan tekanan tetap

kgkJi

i

iiii

/3480'

)34213657(100

253421'

)''(500600

500525''

525,60

525,60

500,60600,60500,60525,60

b. p = 60 bar lihat tabel 2b. p = 60 bar lihat tabel 2 t = 525 t = 525 ooC pC p 500 500 600 600

60 3421 365760 3421 3657

c. p = 45 bar pada tabel 2

t = 400 oC p 400

40 3213

50 3195

Dilakukan interpolasi tekanan dgn temperatur tetap

kgkJi

i

iiii

/3204'

)32133195(10

53213'

)''(4050

4045''

400,45

400,45

400,40400,50400,40400,45

d. p = 92 bar pada tabel 2

t = 435 oC p 400 500

90 3119 3387

100 3098 3375

kJ/kg 3115'

)31193098(10

23119'

)''(90100

9092''

tekanan thdiinterpolasdilakukan

400,92

400,92

400,90400,100400,90400,92

i

i

iiii

kJ/kg 3385

)33873375(10

23387

)''(90100

9092''

kedua iinterpolas

500,90500,100500,90500,92

iiii

kJ/kg 5,3209

)31153385(100

353115

)''(400500

400435''

r temperatu thdketiga iinterpolas

400,92500,92400,92435,92

iiii

Perhatikan tabel-1 dan tabel-2

Apabila dari tabel-tabel tersebut diambil 2 buah parameter, misalnya tekanan (p) dan entalphi (Wd atau i” atau i’) maka akan didapat suatu grafik Tekanan vs Entalphi

Menghitung effisiensi ketel

Ketelin =bahan bakar

in = air

out = uap

in put = out put

effisiensi = out put/in put

input

outputeffisiensi

panaskebutuhan

panas

lowe Q x B

entalphi x S

lowe Q x

entalphi x S B

bakarbahan panas nilaibakar x bahan kebutuhan

entalphiperbedaan x air/uap banyaknya

dimana : S = banyaknya air / uap (kg/jam) Δentalphi = perbedaan entalphi (kJ/kg) Be = kebutuhan bahan bakar (kg/jam) Qlow = nilai panas bahan bakar (kJ/kg)

catatan S = konstan

Qlow = konstanbila tidak terjadi kerugian maka ή = 100 %, sehingga :

Be = Δentalphi

lowe Q x

entalphi x S B

dengan :

maka

Δentalphi Ketel

Be boros

Δentalphi Ketel

Be ekonomis

Be = Be = ΔΔentalphientalphi