Modul 6

Humidifikasi

• Fenomena transfer massa pada interface antara gas dan cair dimana gas sama sekali tidak larut dalam cairan

• Sistem : gas-cair

• Yang khusus : udara-air psychrometric chart

Setiap cairan memberikan tekanan kesetimbangan dengan fasa uapnya disebut sebagai tekanan uap, yang besarnya tergantung pada temperatur.

Tekanan uap sebagai fungsi temperatur tergambar sebagai kurva TBDC (di Gambar 7.1)

Gambar 7.1 Tekanan uap cairan murni

Tekanan Uap Komponen Murni

Kurva memisahkan dua daerah, yaitu kondisi dimana materi dalam keadaan uap. Cairan dan uap yang ditunjukkan oleh kondisi pada kurva tekanan uap dinamakan cairan jenuh dan uap jenuh. Uap diatas temperatur jenis dinamakan uap pada keadaan “superheated”. Titik T adalah “triple point” dimana ketiga fasa ada bersamaan

Campuran Uap-Gas

Uap : kondisi uap relatif dekat dengan temperatur kondensasi

Gas : kondisi uap sangat superheated

Kelembaban Absolut

Kelembaban absolut, Y’ adalah rasio massa uap/massa gas

Kelembaban absolut molal, Y adalah rasio mol uap/mol gas

Untuk kondisi yang memenuhi gas ideal

massaB

massaA

M

M

pp

p

My

MyY

molB

molA

pp

p

p

p

y

yY

B

A

At

A

BB

AA

At

A

B

A

B

A

'

Dimana :

B)dan A (campuran taltekanan to:p

B material parsialtekanan :p

A material parsialtekanan :p

t

B

A

(7.8)

• Contoh perhitungan

Campuran benzene(A) dan nitrogen (B) pada tekanan total 800mmHg suhu 60oC. Tekanan parsial benzene 100 mmHg. Berapa konesntrasi benzene?

Mole fraksi benzene yA = pA’/Pt = 0,125Mole fraksi nitrogen = 1 – 0125 = 700/800 = 0,875

Molal Absolute humidity (Y) = yA/YB = 0,143 mol benzene/ mol N2Absolute humidity (Y’) = 0,398 kg benzene/kg nitrogen

Campuran Uap-Gas Jenuh

Kalau gas kering tak terlarut B dikontakkan dengan cairan A dan membiarkan A menguap hingga tercapai kesetimbangan maka tekanan parsial A mencapai tekanan uapnya (pA) pada temperatur campuran. Harga kelembaban absolut jenuh (YS’) dan kelembaban absolut molal jenuh (YS) menjadi tak terhingga pada titik didih cairan pada tekanan total yang ada.

Pelajari contoh perhitungan 7.5Ap

Campuran Uap-Gas Tak JenuhKalau tekanan parsial uap dalam campuran uap-gas kurang dari tekanan uap cairan pada temperatur yang sama, campuran dalam keadaan tak jenuh.

Temperatur Bola KeringTemperatur bola kering adalah temperatur campuran uap-gas yang terukur dengan memasukkan termometer ke campuran

Kelembaban relatif didefinisikan sebagai :

%100p

p

A

A

Dimana : pA adalah tekanan uap dan adalah tekanan parsial pada temperatur yang sama.

pA

Kelembaban Relatif

Persentase Kelembaban

Persentase kelembaban didefinisikan sebagai :

%100'Y

'Yatau %100

Y

Y

SS

Dimana nilai-nilainya terukur pada temperatur yang sama

Titik embun (dew point)

Titik embun adalah temperatur dimana campuran uap-gas menjadi jenuh ketika didinginkan pada tekanan total konstan tanpa kontak dengan cairan. Sebagai contoh, kalau campuran tak jenuh di titik F didinginkan pada tekanan total konstan, lintasan proses pendinginan mengikuti garis FG. Campuran menjadi lebih jenuh ketika temperatur diturunkan dan benar-benar jenuh pada tDP. Kalau temperatur dikurangi di bawah tDP, uap akan mengkondensasi menjadi cairan (misalnya hingga t2).

Garis F1-G-H adalah garis pendinginan udara lingkungan oleh AC

Humid Volume Humid volume vH suatu campuran uap-gas adalah campuran per unit massa gas kering.

Untuk campuran dengan kelembaban absolut Y’ pada tG dan Pt, humid volume adalah:

t

GM

'YM

1

t

5G

M'Y

M1

H

P

273t8315

P

10013,1

273

273t41,22v

AB

AB

(7.9)

Dimana : vH dalam m3/kg gas kering

tG dalam oC

Pt dalam N/m2

Pada keadaan jenuh, Y’ = Ys’ ; Pada keadaan kering, Y’ = 0 Untuk campuran tidak jenuh, vH bisa diinterpolasi antara nilai % penjenuhan 0 hingga 100%

Humid Heat

Humid heat Cs adalah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur campuran uap-gas per unit massa gas kering sebesar satu dderajat pada tekanan total konstan.

Untuk campuran dengan kelembaban absolut Y’, adalah :

CS = CB + Y’ CA (7.10)

Dimana CS, CB dan CA dalam Joule/kg K

Untuk Sistem Udara-Air

K.kg/Joule 950 'k/h

C0 pada OHcairan dan udara:referensi

'Y2502300t)'Y18841005( H

kg/J 2502300

C 0 t

'Y18841005 C

)273tG)('Y00456,000283,0( v

udara O/kgH kg p100133,1

p622,0 'Y

udara O/kgH kg p1050133,1

p622,0 'Y

udara kg/kmol 28,97 M

OH kg/kmol 18,02 M

O

2

udara kgcampuran Joule

G

O

O

C udara kgcampuran Joule

S

udara kgCampuran m

H

2OH

5

OHS

2OH

OH

B

2A

3

2

2

2

2

Dipakai Tabel Psychrometric untuk sistem udara (B) – air (A) pada 1 atm (1,0133 x 105 Pa)

Dan data berikut ini :

Contoh Soal 1 (7.6)

Udara (B) - Uap air (A) mempunyai temperatur bola kering 55oCdan kelembaban absolut 0,030 kg uap air/kg udara kering pada tekanan 1 atm. Berikan karakteristiknya

Jawaban :

Titik dengan koordinat tG=55oC dan Y’=0,030 terdapat di titik D.

a.Dengan interpolasi vertikal antara kurva-kurva yang berdekatan, sampel mempunyai % kelembaban = 26,1 %. Alternatif lain, kelembaban jenuh pada 55oC adalah YS’ = 0,115 dan % kelembaban di titik D = 0,030/0,115 x 100% = 26,1 %

b.Kelembaban absolut molal = Y = Y’ ( MB / MA ) =

0,030 (28,97/18,02) = 0,0482 kmol uap air/kmol udara kering

c.Tekanan parsial uap air, melalui pers. (7.8) adalah :

2

5t

A

m/N 4660

042,1

)100133,1(0482,0

Y1

pYp

d. Tekanan uap pada 55oC = 118 mmHg = 118 x 133,3 N/m2

= 15730 N/m2 = pA

Kelembaban relatif =%6,29%100

15730

4660%100

p

p

A

A

e. Titik embun. Dari titik D tarik garis ke kurva penjenuhan pada titik E dimana temperatur titik embun adalah 31,5oC

f. Humid Volume. Pada 55oC, VH pada udara kering adalah 0,93 m3/kg ; dan vH pada udara jenuh adalah 1,10 m3/kg. Interpolasi untuk kelembaban 26,1 %

kering udara /kgm 974,0261,0)93,010,1(93,0v 3H

g. Humid Heat, pers. (7.10)

CS = CB + Y’ CA = 1005 + 0,030 (1884)

= 1061,5 J udara basah/ kg udara kering

h. Entalpi. Pada 55oC entalpi udara kering adalah 56000 J/kg udara kering; entalpi udara basah adalah 352000 J/kg udara kering.

Interpolasi untuk % kelembaban 26,1 %

H’ = 56000 + (352000 – 56000)x 0,261

= 133300 J/kg udara kering

Alternatif lain, pers (7.13)

H’ = CS (tG – tO) + Y’O

= (1005 + 1884 Y’) tG + 2502300 Y’

= [1005 + 1884 (0,030)]55 + 2502300 x 0,03

= 133,4 kJ/kg udara kering

Alternatif lain, tarik garis DF yang paralel dengan kurva penjenuhan adiabatis. Pada F, entalpi adalah 134 kJ/kg udara kering, atau hampir sama dengan pada titik D

Kurva Penjenuhan Adiabatis&

temperatur bola basah

PELAJARI :Operasi humidifikasi :

Operasi Adiabatis

dan

Non Adiabatis

Pelajari !!!!!