KULIAH 4

KULIAH 4

BAB III

KEJENUHAN DAN KELEMBABAN

Jika suatu gas atau campuran gas dikontakkan dengan suatu cairan dengan suhu tertentu, akan terjadi penguapan cairan sampai terjadi kesetimbangan. Pada kesetimbangan tersebut tekanan parsial dari uap dalam campuran gas sama dengan tekanan uap cairan pada suhu tersebut. Pada keadaan ini dikatakan gas dalam keadaan jenuh/penuh dengan uap.

Kandungan uap dari gas jenuh (saturated gas) ditentukan sepenuhnya oleh tekanan uap dari cairan dan dapat diperhitungkan langsung dari data tekanan uap.

Volume komponen uap murni didalam gas jenuh apat dihitung dari :

dimana :

Vu = Volume komponen uap murni

V = Volume total

Pt = Tekanan total

Pu = Tekanan parsial uap

Kejenuhan Parsial

Campuran gas dan uap noncondensable dimana gas telah jenuh dengan uap, untuk mencapai kesetimbangan antara gas dan liquid dibutuhkan waktu kontak yang lama. Tekanan parsial dari uap lebih rendah dari tekanan uap dari liquid pada temperatur tersebut. Kondisi ini disebut dengan kejenuhan parsial.

Beberapa cara untuk dapat menyatakan konsentrasi dari uap dalam campuran noncondensable gas :

a. Kejenuhan Relatif

b. Molal Saturation (Kejenuhan molal)/Kelembaban molal

c. Kejenuhan Absolut/ Kelembaban Absolut atau Persen Kejenuhan

d. Kelembaban3.1 Kejenuhan Relatif, Kejenuhan Absolut, dan Persen Kejenuhan

a. Kejenuhan Relatif

Kejenuhan Relatif adalah perbandingan yang dinyatakan dalam persen antara tekanan parsial uap dengan tekanan uap cairan pada temperatur yang sama

Kejenuhan Relatif (Relatif Humidity)Sr (hr) =

Pv = Tekanan parsial uap

= Tekanan Uap Cair murni pada Suhu (T)Jika uap berupa uap air kejenuhan relatif dinyatakan dalam kelembaban relatif (Relative Humidity)

% Kelembaban relatif = (hr) =

Contoh soal :

Dalam laporan cuaca yang disiarkan radio pagi ini disebutkan bahwa temperatur sore nanti akan mencapai 37oC, kelembaban menjadi 40 % barometer menunjukan tekanan 750 mmHg. Berapa kandungan H2O dalan tiap m3Penyelesaian :

Dik :Po H2O pada 37oC = 27oC = 47,067 mmHg (Table B.3 Vapor Pressure of water Elementary Principes of Chemical Process., R.M.Felder.)

Kelembaban relatif = 40 %

Dit : massa H2O tiap m3Jawab :

% Kelembaban realtif = (hr) =

40 % =

Pudara = 750 mmHg 18,827 mmHg = 731,173 mmHg

Basis 1 m3 udara

massa H2O tiap m3 =

b. Kejenuhan Absolut

Kejenuhan absolut adalah perbandingan antara mol uap tiap mol gas kering dengan mol uap tiap mol gas kering pada keadaan dimana gas uap jenuh dengan uap

ketika P1 jenuh = po1 saturated dan Ptot = p1 + p2ntot = n1 + n2

Kejenuhan Absolut (Kelembaban Absolut)

Sa(ha) =

c. Kejenuhan Molal (Kelembaban Molal) Sm (hm) =

Pv = Tekanan parsial uap

d. Persen Kejenuhan (Persen Kelembaban)

Sp (hp) =

Pv = Tekanan parsial uap

= Tekanan uap cairan Contoh Soal :

1. Dalam suatu system gas helium mengandung uap etil asetat sejumlah 12 % V. hitung persen kejenuhan relatif dan persen kejenuhan Absolut He terhadap etil asetat pada suhu 30oC dan tekanan 740 mmHgPenyeleseaian :

Po etil asetat pada 30oC dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Antoine

(Elementary Principles of Chemical Process.,R.M. Felder)

untuk etil asetat pada suhu 30oC nilai A = 7,09808, B = 1238,71, C = 217

petil asetat = 0,12 x 740 = 88,8 mmHg

pHelium = 740 88,8 = 651.2 mmHg

% Kejenuhan =

% Kejenuhan =

% Kejenuhan Absolut =

3.2 Humidity (Kelembaban)

Kelembaban dari gas adalah sebagai berat air persatuan berat gas bebas uap air (gas kering)

Humidity (H) =

Pengertian kejenuhan relatif atau persen kejenuhan bila uapnya dalam hal ini adalah uap air. Maka akan sama dengan kelembaban relatif dan persen kelembaban.

Contoh Soal

1. Persen Absolut Humidity dari udara pada 30oC (86oF) dan tekanan total 750 mmHg (100 Kpa) adalah 20 %. Hitunglah :a. % Relative Humidity

b. Humidity

c. Tekanan parsial dari uap air dalam udara

Penyelesaian :

Data dapat di ambil dari Steam Table (Himmelblau)

Po H2O pada 30oC (86oF) = 1,253 inHg = 31,8 mmHg = 4,242 Kpa

Untuk mendapatkan Relative Humidity, kita terkebih mencari tekanan parsial dari uap air dalam udara.

a. % Relative Humidity =

b. Humidity =

c. Tekanan Parsial dari uap air = 6,58 mmHg

3.3. Proses Penguapan

Berbagai proses operasi seperti pengeringan, penguapan, air conditioning. Selalu mencakup penguapan air menjadi aliran gas. Untuk menghitung hubungan antara volum dengan jumlah gas masuk terhadap jumlah bahan yang diuapkan. Konsentrasi uap dapat dinyatakan dengan kejenuhan relatif , jumlah massa uap tiap satuan massa gas atau dapat diketahui dari titik embunnya. Proses penguapan membutuhkan energi dalam bentuk panas. Penggunaan energi yang efektif merupakan faktor yang sangat penting.

Perhitungan neraca energi, akan menjadi lebih mudah jika neraca massa dinyatakan dalam satuan mol atau berat, karena tidak dipengaruhi oleh tekanan dan suhu sama halnya jika dinyatakan dengan satuan volum. Untuk campuran yang mengikuti aturan gas ideal , perbandingan jumlah mol uap dengan mol gas kering, sama dengan perbandingan tekanan parsial uap dengan tekanan parsial gas kering.

3.4. Proses Pengembunan (Condensation) dan Titik Embun (Dew Point)

Proses Pengembunan

Penambahan kejenuhan relatif gas, tanpa menambah jumlah uap dapat dilakukan dengan dua metode yaitu ;

a. Penurunan Suhu

Pada suhu lebih rendah, tekanan uap turun hingga kejenuhan relatif naik, meskipun tekanan parsial uap tetap

b. Penaikan tekanan total

Jika tekanan total dinaikan, tekanan parsial uap naik sehingga kejenuhan relatif naik

Dengan menaikan tekanan total dan menurunkan suhu campuran gas-uap, campuran dapat menjadi jenuh. Penurunan suhu dan kenaikan tekanan lebih lanjut akan mengakibatkan uap terkondensasi, karena tekanan parsial uap tidak dapat melebihi tekanan uap cairan.kondisi akhir proses kondensasi uap berada dalam keadaan jenuh.

Contoh soal :

Udara di suatu tempat pada suhu 20oC dan tekanan 760 mmHg, mempunyai kelembaban relatif 75 %

a. Hitung kelembaban molal udara

b. Hitung kelembaban molal udara, jika suhu diturunkan 10oC dan tekanan dinaikan menjadi 3 atm, sehingga uap terkondensasi sebagian

c. Hitung berat uap yang terkondensasi tiap 1000 lt udara masuk jika udara mengalami hal seperti point b

Penyelesaian :

Dik : Tekanan uap air pada 20oC = 17,5 mmHg

Tekanan uap air pada 10oC = 9,2 mmHg

a. Tekanan parsial uap air awal = 0,75 x 17,5 mmHg = 13,125 mmHg

Kelembaban molal awal =

b. Tekanan parsial uap pada akhir proses = 9,2 mmHg

Tekanan total = 3 atm = 2280 mmHg

kelembaban molal akhir =

c. Basis : 1000 lt udara basah masuk

Tekanan parsial udara kering = 760-13,125 = 746,875 mmHg

Volume udara kering pada keadaan standar (STP) =

Mol udara kering =

Volume uap yang terkondensasi = (0,0176-0,0041) x 40,878 mol x 18 gr/mol

= 9,93 gr

Dew Point (Titik Embun)

Temperatur pada saat campuran uap-gas menjadi jenuh ketika didinginkan pada tekanan konstan.

Jika campuran gas dan uap yang tidak jenuh didinginkan, jumlah relatif dan % komposisi volum dari komponen-komponen dalam campuran tidak berubah. Pada proses pendinginan, jika tekanan total konstan, tekanan parsial uap tetap. Pada pendinginan lebih lanjut, tekanan parsial uap akan menyamai tekanan uap zat cair murni pada suhu tersebut. Campuran akan menjadi jenuh dan akan mengakibatkan kondensasi.

Suhu dimana tekanan parsial uap sama dengan tekanan uap zat cair dinamakan titik embun (Dew Point) campuran. Kadar uap dalam campuran gas-uap dapat dihitung bila diketahui titik embun campuran gas-uap tersebut, sebaliknya titik embun dapat ditetapkan apabila komposisi campuran diketahui.

pada gambar diatas , jika campuran tidak jenuh seperti titik F, kemudian didinginkan pada tekanan konstan tanpa kontak dengan liquid. Pada garis FG campuran lebih dekat untuk jenuh pada temperatur lebih rendah dan menjadi jenuh seluruhnya pada Tdp

Contoh soal :

a. Campuran uap benzena mengandung 10,1 % Volum benzena, tentukan titik embun campuran pada tekanan 750 mmHg

b. Bila campuran udara dan uap benzena Pada tekanan 750 mmHg mempunyai titik embun 18,7 oC, tentukan komposisi campuranPenyelesaian :

a. Tekanan parsial benzena = 0,101 x 750 mmHg = 75,7 mmHg

Dew Point adalah Tekanan parsial sama dengan tekanan uap zat cair

Tekanan uap zat cair dapat dicari dengan menggunakan persamaan Antoine

Dimana ; A = 6,90565 B = 1211,033 C = 220,79

=

jadi titik embunnya adalah 20,12oC

b. pada suhu 18,7oC tekanan uap benzena adalah 70,7 mmHg

tekanan udara = 750-70,7 mmHg = 679,3 mmHg

uap benzena dalam udara =

3.5. Temperatur Bola Basah (Wet Bulb Temperature) dan Temperatur Bola Kering (Dry Bulb Temperature)a. Temperatur Bola Kering (Dry Bulb Temperature)

Temperatur bola kering adalah suhu yang biasa digunakan pada gas dalam oC, K, oR

b. Temperatur Bola Basah (Wet Bulb Temperature)

Suhu ini berhubungan dengan penguapan air (atau cairan lain) yang berada disekitar bola (bulb) thermometer merkuri biasa. Selama air dari sumbu menguap, sumbu tersebut mendingain dan akan terus mendingin sampai laju energi yang dipindahkan sumbu oleh udara yang ditiupkan padanya sama dengan laju kehilangan energi yang disebabkan oleh pengupan air dari sumbu. Dengan begitu dapat dikatakan bahwa suhu bola temperatur dengan sumbu basah pada kesetimbangan adalah suhu bola basah

3.6. Kurva Kelembaban (Humidity Chart)

Dalam grafik psychrometric (grafik kelembaban) digunakan untuk menganalisa humidifikasi, pengeringan, dan proses air-conditioning.Ordinat dari grafik psychrometric adalah absolute humidity dari udara lembab (humid air), atau rasio massa uap air dengan udara kering. Dalam kurva juga menunjukan relative humidity dari udara lembab, kurva untuk 100 % relative humidity adalah menunjukan kurva kejenuhan.Absis dari grafik psychrometric adalah dry bulb temperature (Tdb) dan temperatur lain adalah wet bulb temperature (Twb). Dalam grafik psychrometric juga

menunjukan humid volum dari udara dengan unit satuan . Untuk menghitung udara tak jenuh dapat dihitung dari udara jenuh yang tertera pada grafik dengan menambahkan enthalpy deviasi yang juga terdapat pada grafik.Contoh soal :Gunakan grafik psycrometric untuk menghitung (1) absolute humidity, dew point (Tdp), wet bulb temperature (Twb), humid volume, specific enthalpy udara pada 41oC dan relative humidity 10%. Dan (2) jumlah uap air dalam 150 m3 udara dalam kondisi tersebut.

1 Dengan membaca dari grafik diatas maka didapat :

ha ( 0,0048 kg H2O/kg DA

Tdp = 3oCTwb = 19oC

( 0,895

Untuk menghitung dihubungkan dengan enthalpy deviasi dengan nilai diantara (-0,8 dan 0,6) maka akan didapat :

= (54,2 + (-0,7) kJ/kg DA = 53,5 kJ/kg DA 2 menghitung jumlah uap air dalam 150 m3 udara

Dari grafik didapat humid volume adalah 0,897 m3/kg DA

_1189271982.unknown

_1189274097.unknown

_1189280043.unknown

_1189880087.unknown

_1194121269.unknown

_1194121320.vsdTwb =

54,2 kJ/kg DA

Kuva kejenuhan

10 % hr

0,005

0,004

ha = (kg H2O/kg DA)

Tdb

(- 0,6 kJ/kg DA)

(- 0,8 kJ/kg DA)

Kuva enthalpy deviasi

Tdp

Humid volum

0,9

0,,85

_1194122201.unknown

_1194117894.unknown

_1194118054.unknown

_1189280217.unknown

_1189274253.unknown

_1189274467.unknown

_1189279508.unknown

_1189274285.unknown

_1189274125.unknown

_1189273341.unknown

_1189273901.unknown

_1189273933.unknown

_1189273843.unknown

_1189273121.unknown

_1173377713.unknown

_1189271788.unknown

_1189271670.unknown

_1169215159.unknown

_1169226142.unknown

_1169228214.unknown

_1169230754.vsd

_1169228481.unknown

_1169226235.unknown

_1169220557.unknown

_1169225971.unknown

_1169215629.unknown

_1169213718.unknown

_1169213931.unknown

_1169204041.unknown