Bab II, Dasar Teori

II-1

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. Tekanan parsial uap air di dalam aliran gas menun jukkan humidity dari aliran gas, yang dapat ditentukan dengan pengukuran secarawetbulb dan dry-bulb.

II.3 Dry Bulb Temperature Temperatur dry bulb adalah temperatur yang terukur dengan termometer terkena udara bebas namun terlindung dari radiasi dan ke lembaban. Temperatur dry bulb sering kita sebut sebagai temperatur udara. Temperatur dry bulb tidak menunjukkan jumlah uap air di udara. (en.wikipedia.org/wiki/Dry-bulb_temperature) II.4 Wet Bulb Temperature Temperatur wet bulb adalah temperatur dalam keadaan steady dan tidak setimbang yang dicapai oleh sedikit liquida yang dimasukkan pada keadaan adiabatis di dalam aliran gas yang kontinyu. Massa liquida sangatlah kecil bila dibandingkan dengan fase gas sehingga perubahan property gas (humidit dan y temperatur) 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 atau kain basah kemudian dialirkan gas yang mempunyai properti T dry dan humidity H. Pada keadaan steady state, air akan menguap ke dalam aliran gas. Kapas atau kain basah akan mengalami pendinginan hingga suhu konstan. Suhu inilah yang disebut T wet bulb. Dalam penerapannya, T wet bulb digunakan untuk menentukan humidity dari campuran air-udara.(Geankoplis, 3rd edition, hal 531-532)

Wetted Wall Column

Laboratorium Teknik Kimia II FTI-ITS

Bab II, Dasar Teori Neraca massa dalam kolom pendinginan air adalah sebagai berikut :

II-2

Gambar II.1.1 Continuous Countercurrent adiabatic water cooling

Dimana : L TL G TG H Hy = Aliran Air, kg water/s . m2 = Suhu Air, oC or K = Aliran udara kering, kg/s.m2 = Suhu udara, oC or K = Humidity udara, kg water/kg dry air = Enthalpy campuran uap air-udara, J/kg dry air

Enthalpy Hy diberikan dari persamaan :

(2) Neraca massa dari tinjauan kotak bawah dari gambar tersebut : (3) Asumsi bahwa L constant, karena hanya sedikit yang terevaporasi. Nilai heat capacity cL dianggap konstan sebesar 4,187.103 J/kg.K

Wetted Wall Column

Laboratorium Teknik Kimia II FTI-ITS

Bab II, Dasar Teori

II-3

Persamaan tersebut merupakan persamaan garis operasi pada grafik Hy vs T. L Berupa garis lurus dengan slope LcL/G. Neraca Massa Overall : L*cL (TL2 TL1) = G(Hy2 Hy1 Maka : (5) Total perpindahan panas sensible dari bulk liquid menuju interface s eperti pada gambar : (4)

Gambar II.1.2. Profil temperatur dan consentrasi pada cooling tower

(6)3 Dimana hLa adalah koefisien perpindahan panas liquid dalam W/m.K. Dan Ti

merupakan suhu interface. Untuk perpindahan massa adiabatic, rate dari perpindahan panas yaitu panas laten dalam uap air yang ditransfer didapat :

(7) Dimana : = (W/m2) MB = Berat Molekul udara kGa = Koefisien perpindahan massa dalam gas (kgmol/s.m3.Pa)

Wetted Wall Column

Laboratorium Teknik Kimia II FTI-ITS

Bab II, Dasar Teori P o = Tekanan atm dalam Pa = Panas latent air (J/kg water)

II-4

Hi = Humidity gas pada interface (kg water/kg udara kering) HG = Humidity gas dalam bulk gas (kg water/kg udara kering) Rate dari transfer panas sensible dalam gas :

(8) Dimana hGa = Koefisien Perpindahan panas dalam gas (W/m3.K) Dari Gambar 1.2, dan persamaan-persamaan di atas didapat: (9) Persamaan hubungan antara Koefisien perpindahan panas h a dan kGa : G

(10) Dimana kya = P.kGa

(11) Substitusi persamaan di atas disubstitusi : (12) (13) Dimana = (Hyi-Hy),maka persamaan di atas menjadi : (14) Integral dari persamaan di atas,sehingga didapat persamaan untuk menghitung tinggi kolom :

(15) Entalphi udara jenuh Hyi diplotkan dengan Ti seperti pada Grafik Temperature entalphy diagram and operating line for water-cooling tower berikut :

Wetted Wall Column

Laboratorium Teknik Kimia II FTI-ITS

Bab II, Dasar Teori

II-5

Gambar II.1.3. Temperature entalphy diagram and operating lune for water cooling tower

Dengan data Entalphi Campuran uap Air-udara jenuh pada Tabel I.1 yang diplot menjadi garis kesetimbanganTabel II.1.1 Entalpy saturated dari campuran udara-uap air ( 0oC Base temperature)

TLo

Hyo

TLo

Hyo

F

C

btu/lbm dry air 18,78 36,1 41,8 48,2 55,4

J/kg dry air 43,68 x 103 84,0 x 103 97,2 x 103 112,1 x 103 128,9 x 103

F

C

btu/lb m dry air 63,7 74,0 84,8 96,5 198,4

J/kg dry air 148,2 x 103 172,1 x 103 197,2 x 103 224,5 x 103 461,5 x 103

60 80 85 90 95

15,6 26,7 29,4 32,2 35,5

100 105 110 115 140

37,8 40,6 43,3 46,1 60,0

Kemudian dengan membuat plot antara 1/(Hyi Hy) vs Hy dari Hy1 dan Hy2 , didapatkan grafik untuk menentukan harga integral pada persamaan : (16) Sehingga harga tinggi z dapat ditentukan.(Geankoplis, 3rd edition, hal 604-607)

Wetted Wall Column

Laboratorium Teknik Kimia II FTI-ITS