Download - Bab8 Psikrometri Dan Aplikasinya

5/8/2018 Bab8 Psikrometri Dan Aplikasinya

1/14

BAB VIII.PSIKROMETRI DAN APLIKASINY A

8.1 PendahuluanPsikrometri merepakan JaYian tentang sifat-sifat campuran udara . dan uap air,

yang mempunyai arti penting didalam bidang teknik pendingin, karena u d ara a tmostirtidak kering betul tetapi merupakan campuran antara udera dan uap air. Pada beberapaproses, kandungan air sengaja disingkirkan dari udara, tetapi pada proses yang lain airditambahkan.

Pada beberapa alat terdapat proses perpindahan kalor dan massa antara udara. danpennukaan bagian yang basah. Sebagai contohnya adaJah beberapa jenis alat pelembabudara ( humidifier ), penurun kelembaban ( dehumidifying ) dan koil pendingin sertaperaJatan penyemprot air ( water spray ), seperti menara pendingin dan kondensorpenguapan. Dengan menggunakan potensial entalpi.yang akan dibahas dalam bab ini,beberapa hubungan yang mudah untuk menentukan laju perpindahan kalor dapatd ik emba ng ka n . Pertama-tama akan dibahas tentang bagan psikrometrilc, pengkajian sifatdemi sifat, yangkemudian diikuti dengan pembahasan tentang proses pengkondisianudara secara umum.

8.2 Balan psikrometriil (psyichrometric chart)Oleh k a re n a bagan yang memuat sifat-sifat psikrometrik sudah tersedia, Lihat gambar 8-1,maka kita akan memusatkan perhatian pada pengembangan sebuah bagan. Ada dua halyang penting, yaitu penguasaan akan dasar-dasar bagan dan kemampuan menentukansifat-sifat pada kelompok-kelompok keadaan yang lain , misalnya tekanan barometrikyang tidak standar.

Dalam pengembangan bagan psikometrik, selangkah demi selangkah akandigunakan anggapan-anggapan yang disederhanakan. Bagan yang dikembangkan dar ipersamaan-persamaan, cukup teliti dan dapat digunakan dalam perhitungan-perhitungaaketeknikan, tapi tentu saja bagan yang paJingteliti stan data yang tersedia perludigunakan.

89


2/14

~. . . ..5. .~ . .oW. .: a-e:s. . . .

~ .~: e .~' "~. .'0. t : >:s...~~,:::!:IN. . . . . . . .,::: E _".ll 00t) ~.-4! - < . t : > II0

Gambar 8-1 Bagan psikrometrik

8.3 Garis jenuh (Saturation line)Koordinat-koordinat yang dipilih untuk bagan psikrometrik ini adalah suhu (t) sebagaiabsis dan tekanan uap air tak tetap ps sebagai ordinal Tinjaulah bagan di atas, untuk airsaja Garis jenuh dapat ditarik pada bagan tersebut (gambar 8-2). Data untuk garis jenuh

90


3/14

ini dilihat langsung pada label tentang air jenuh, Daerah di sebelah kanan garis jenub_ - . .adalah daerah nap air panas-Ianjut (superheated water vapor). Jika nap ini didinginkandengan tekanan tetap, maka akan dicapai garis jenuh di atas, yaitu batas nap air mulaimengembun.

Sejauh ito, tak ada uda ra yang terdapat bersama nap air tersebut. Apa pengaruhpada gambar 8-2 apabila meogandung udara? Idealnya, t idak ada Uap air akao ternsbessifat selah-olah tidak mengandung udara Pada tekanan nap air tertentu, yang sekarang-,merupakao tekaoan parsial, pengembunan terjadi pada suhu yang sarna, seolah-olah t idakmengandung udera Di sini sebenarnya terjadi sedikit interaksi antara-molekul-molekuludara dan nap air, yang sedikit menyimpangkan data pada label nap air panas.Gambar 8-2 berlaku bagi campuran udara nap-air. Daerah dalam bagan dibatasi oleb garis jeouh dansumbu-sumbo. Jika keadaan udara d i alas berada pada saris jenuh, malea udara tersebutdikatakan sebagai udara jenuh, yang berarti bahwa setiap penurunan suhu akanmenyebabkan udara mengembun menjadi air.sedangkan pergeseran ke arab kanan garisjenuh, keadaan udara menjadi tidak jenuh, Seandaioya titik A merupakao keadaan suatucampuran udara, agar terjadi pengembunan, maka subu campuran tersebut harusditurunkan hingga subu B. udara pada titik A dikatakan mempunyai suhu titik embun B.

Uap panas-lanjut

Gambar 8-2 Garis Jenuh

91


4/14

8.4 KelembabaD relatiCKelembaban relatif I> didefinisikan sebagai fraksi molekul Hap air di dalam udara

. basal! terhadap fraksi molekul uap air jenuh pada suhu dan tekanan yang sama, Darihubungan-hubungan untuk gas ideal. dapat dinyatakan dengan:

Tekanan uap air parsial I> = ---------------------------------tekananjenuh air murni pada suhu yang sama

GambaI' 8-3 Garis kelembaban relatif

Garis-garis kelembaban relatif-konstan dapat digambarkan pada bagan, seperti padaGambar 8-3, dengan mengukur jarak vertikal antara garis jenuh dan alas bagan, misalnyauntuk kelembaban-relatif O,50,ordinatnya sarna dengan separuh tinggi garis jenuh padasuhu yang sarna

8.5 Rasia kelembaban (humidity ratio)Rasio kelembaban W adalah berat atau massa air yang terkandung dalam setiapkilogram u d a ra k er in g , Rasia kelembaban ditentukan dengan dasar 1 kg, seperti beberapasifa! yang akan dipelajari, yaitu entalpi dan volume spesifik. Dalam teknikpengkondisian udara, untuk menghitung perbandingan (rasio) kelembaban dapatdigunakan persamaan gas ideal, sehingga mengikuti persamaan pv = RT, sertamempunyai kalor spesifik yang tetap. Udara dianggap gas ideal karena tekanannya cukup

92


5/14

tingi dibandingkan dengan suuhu jenuhnya, dan uap air dianggap ideal karena tekanannyacukup rendah dibandingkan dengan tekananjenuhnya

Kg uap a ir psVIRsT psIRsW=------------------- = ------------- = ----------- (8-1)Kg udara kering pa V IRa T (pt- ps ) /RaDengan: W = rasio kelembaban, (kg uap airJkg udara kering)

V=volume sembarang campuran udara-uap,(m3)Pt = tekanan atmosfir = pa +ps (Fa)Pa = tekanan parsial udara kering, Pa = 287 J/kg.KRs = tetapan gas untuk uap-air = 461,5 J/kg.KPs =tekanan parsial uap air daJam keadaan jenuh,

psDengan demikian nilai W = 0,622 ------ (8-2)pt- Ps

Di daJam persamaan ini terdapat Pt, dan bertitik totak dad sini pengembangan baganpsikometrik dilakukan, sehingga pada tekanan tertentu, bagan tersebut menjadi lain.Persamaan (8-2) menunjukkan hubungan antara rasio kelembaban dan tekanan nap-air,sehingga skala-skala teersebut dapat ditunjukkan sebagai ordinat-ordinat bagianpsikrometrik seperti yang dilukiskan pada gambar 8-4. Dalam persamaan (8-2) hubunganantara W dan Ps tidak linier sekali. Pada gambar 8-1 dan pada kebanyakan baganpsikrometrik, skala W dibagi secara linier, yang menyebabkan skala Ps kurang Iinier,

l! _ IfO-"I -"I~ .!i.D . .. . Q,.D toC ::>.!I c:., l!"I.~ .l 2. .S (-0~

Gambar 8-4 Rasio kelembaban w sebagai ordinat lain

93


6/14

8.6 EntaJpiEntalpi campuran udara kering dan uap air adalah jumlah dari entalpi udara kering

dan entalpi uap air. Harga entalpi selalu didasarkan pada bidang data (datum plane), danharga entalpi nol untuk udara kering dipilih pada OC. Barga entaIpi nol untuk na p airberada pads. air jenuh bersuhu OC, yang bidang datanya sama dengan yang digunakanuntuk tabel-tabel uap (steam). Suatu persamaan utnuk entalpi adalah

h =cpt + Whg kJ/kg udara kering (8-3)

dengan C, = = kalor spesifik udara kering pada tekanan konstan = 1,0 kJ/kg.Kt = suhu campuran udara - uaphg =entalpi uap air (steam) jenuh pada suhu campuran udara-uap, kJ/kg

Garisjenuhh uap lanjut-panas_ _ _ _ ./-----Garis suhu konstan

Entropi, kJ/kg K

Gambar 8.5 .Garis suhu konstan menunjukkan bahwa entalpi uap air panas-Ianjut mendekati hargaentalpi uap jenuh pada suhu yang sarna.

Persamaan(8.3) memberikan hasil-hasil yang cukup teliti, walaupun perlu dilakukanbeberapakoreksi. Kalor spesifik cp berubah antara 1,006 pad 00 C , hingga 1,009 pada. 50o C. Entalpi uap air hg dipenmtukkan bagi steam jenuh, tetapi uap air didalam campuranudara - nap seolah-olah menjadi panas lanjut (superheated). Oleh karena adanya

94


7/14

Carrier menganggap bahwa subu air pada tennometer bola-basah sarna denganyang terdapat didalam alat penjenuh adiabatik. Sedangkan Lewis menyimpulkan bahwanilai satuan kelompok bilangan tak berdimensi ini menghasilkansuhu-suhu sumbu basahdan penyemprotan adiabatik yang identik. Lewis akbimya mendemonstrasikan bahwa dilingkungan atmosfir, selain dari udara dan uap air, pembacaan termometer bola-basahdan sistem penyemprotanjenuh, berbeda,

95


8/14

hubungan antara entalpi dan suhu yang baik ditunjukkan pada diagram Molier daJamgambar 8-5, maka tidak timbul kesalahan yang berarti.

Sekarang suatu garis entalpi konstan yang dapat ditambahkan pada bagan psikrometrik seperti pada gambar 8-6. Misalnya akan dilukis garis entalpi 95 kJ/kg. Sejumlahsubu sembarang dapa t dipilih, dan rasio kelembaban dibitung pada 95 kJlkg denganmenggunakan pers. (8-3). Kemudian rsio kelembaban dihitung, dan suhu tersebutmenentukan satu titik pada garis entalpi konstan.8.7. Termometer bola-basah

Oleh karena alat penjenuh(saturator) adiabatik pada gambar&-lO bukanlahperalatan yang mudah digunakan bagi pengukuran-pengukuran rutin, maka akan lebihpraktis jika digunakan sebuah termometer yang dilengkapi oleh suatu sumbu basah,seperti yang terlibat pada gambar 8-6 karena itu kita harus membuktikan apakahtermometer bola-basah tersebut betul-betul menunjukkan suhu bola basah termodinamikPada alat ini, sumbu berair membasahkan permukaan yang terbatas,keseimbangan energi disekitar bola adaJah

hi +Wlhf =h2+ W2hrmaka titik 1 dan 2 terletak pada garis bola-basah termodinamik yang sarna Denganmenerapkan penerapan hukum saris lurus, dengan kondisi udara dimulai dari titik satudigerakkan ke arah garis jenuh yang bersuhu permukaan basah untuk mencapai titik 2.Dengan permukaan yang tetap basah, maka keadaan udara akan terns bergerak kearahgaris Jurus menuju kurvajenuh,

Gambar 8-6 (a) Termometer bola basah, dan (b) proses pada bagan psikornetri

C 0 u :s = _ . . . . .basah -(0) (b)

9 6


9/14

DAFT AR PUSTAKA1. ASF ffi.AE .HandbooJ : o f F undamen ta l .1 99 52. F. Kreith, Priyono P rin sip -p nn sip P erp in da ha n P an as ,E rla ng ga , 1 98 63. Saito.H; Arismunandar. P en yeg ar an Ud ara . Pradnyaparamita 19814. Stocker.W.f,Jones,J. W., Ham Supratman. R efrig er asi d an P en gk on dis ia n Ud ara ;

Erlangga Jakarta 1987.5. Thlked JL The rma l Bnv ir onmen ta l E ngin ee rin g. Prentice-Hall.

97


10/14

Refrigerant Safety ClassificationjANS/IASHRAE 34-1992R)

Nomor Nama Kimia Rumus Kimia Mol.Mass NBP GrupRefrig&ant Oeg.C Oeg.F

Seri Methane11 trichlorofluoromethane CCI3F 137.4 24.00 75.00 A112 dichlorodifluoromethane CCI2F2 120.9 -~O .~ ~22 A122 chlorodifluoromethane CHCIF2 86.5 -41 ~ -41 A123 trifluoromethane CHF3 70 -82 ~11632 ditfuorornethane CH2F2 52 -52 -6240 chloromethane(methtyl cloride) CH3CI 50.5 -24 -12 8250 methane CH4 16 -161 -259 A3

Seri Ethane113 t.t.z-tnchtorotnnuoroethane CCI2FCCIF2 187.4 48 118 A1114 1.2-dichlorotelrafluoroethane CCIF2CCIF2 170.9 4 38 A1123 2.2-dichloro-1.1.1-trfluoroethane CHCI2CF3 153 27 81 81124 2-chloro-1.1.1.2-tetrafluoroethane CHCIFCF3 136.5 -12 10125 penlafluoroelhane CHF2CF3 120 -49 -56134a. t.t.t.z-tetranuoroethane CH2FCF3 102 -26 -15 A1141b. t.t-dichloro-t-fluoroethane CH3CCI2F 117 32 90142b t-chloro-t.t difluoroethane CH3CCIF2 100.5 -10 14 A2152a t.t-dinuoroetnane CH3CHF2 66 -25 -13 A2160 chloroethane (ethyl chloride) CH3CH2CI 64.5 12 54170 Ethan CH3CH3 30 -89 -128 A3

Seri Propan290 Propan CH3CH2CH3 44 -42 -44 A3

Seri Organic CompoundsHydrocarbons

600 Butan CH3CH2CH2CH4 58.1 0 31 A3600a. lsobutan CH(CH3)3 58 -12 11 A3

Seri Inorganic Compounds702 Hydrogen H2 2 -253 -423 A3704 Helium He 4 -269 -452 A1717 Ammonia NH3 17 -33 28 82718 Water H2O 18 100 212 A1728 Nitr9gen N2 28.1 -196 -320 A1732 Oxygen 02 32 -183 -297744 Carbon Dioxide CO2 44 -78 -109 A1764 Sulfur Dioxide S02 64.1 -10 14 81

Seri Unsaturated Organic Compounds1150 ethene(ethylene) CH2=CH2 28.1 -104 ~155 A31270 propene(propylene) CH3CH=CH2 42.1 -48 -45 A3

Azeotropic. Temp. Mol.Mass N BP Grupdeg.C deg.F deg.C deg.F

Zeotropes400 R12/114(harus ditetapkan) none none A1/A1

AzeotropesSOO R-12/1S2a(73.8/2G.2) 0 32 99.3 -33 -27 A1S01 R-22/12(75.0/2S.0) -41 -42 93.1 -41 -42 A1S02 R-22/11S(48.8/51.21 19 66 112 -45 -49 A1503 R-23/13(40.1/59.91 88 126 87.5 -88 -126S04 R-32111S(48.2/51.8) 17 63 79.2 -57 -71505 ~-12/31 (78.0/22.0) 115 239 103.5 -30 -22S06 R-31/114(55.1/44.9) 18 64 93.7 -12 10. -


11/14

T.1IeIM' . . . . . . . . . ,- .._.- - --- III IU IU I. IZ! I .' 1.14 . . . . ~ II,,,,a__ co.r ca,r. :11. 0fI1,F ooar. c . a . r . CP," . C O . r . ooar. MI.m,r", . . . . . . "....... CPT.gU", C I I . 2 ' . Q- - " .n", 02 - . . . . , - 1 1 7 . J 1 11Q." " . I ' 111.6 ".IIT...... ro D.n - ,,~ - . .". U2 -4DJI . .", us -JU -ou -JU- -III -OSI - I t . -liS - . . . - I S -. . -I..' - -n~,.......... mT__ rn . . . . . 112.0 - nu . . J.4.' uu MS. ' . . . UUT__ ", G.t . . . IU II -.u ,. . w . ." I.' 'K.S~.) . . .- , . . . . _ . . . . . . . JOt UI O UII ..l7S US . - I.M '.10 un..-c:_' CD'CI I-JI'CI- , . . . . _ . . . . US . . . 4.J1 .. , , . , . '.Il I.ZI . . . , . ..- - ' I I 1 I I-.__ . . . . . , . US UI . . , . . . ,. . ..". . . , . . . . . '.N)..-c:~ I-JI'CI

1.aI.r ...... c.. " ' I S . .,. , . . . . . . . . . . .. 5 2 . . . ., . . . . . . - . . . . . .."..-c__ 0f'C) _C)- I~-- ','. . . . . ...e I,l7S . . . . . .- , - t.l17 1.1l! ..),_.c,..c.c..-c I2"CI ....C)_- - I.-_ _ .,." , , ' " " '" SlM SL02 " . . , )l.lI . . . . ' ,).01 J:_.- - -...__. U 1.0 US US U U l.I - ,_ . . . . . .TC __ .0.4 ... , I,_-" ~....,_, . . . . . . . . 0.0.. . . . . . - . . I S o" s G.DU 0.011 00)) I o_ . . .- . . . . . , . , ; : - . . , .. . , COHO 000--. . . . . . . T_ T_ T_ T_ T_ T.... T.... ~. . . T.... . =r.-.14-1.11". . . . ._. SA "'S SA "S S. S. ,c- ~ a...a...-o..., NO u:s-. u . .. __ . .. .. .. _ ..._ ...,.,. ...I....,........ c.c:..t..~ .. ,.


12/14

T.beI.' " &araklerisdk tennodjMmjh urireliiceraa F k_,._poUaif.

(II...... f"i .)Itdri"';" , It 12 It 22' 11500 It 50 2

TebaaD peD&U&pua (k&Iaa.bs) 3,696 6,00 ~ 6,79TebaaD J I C D I C I I I " ' - (k&Icm.bs) 11,02 17,71 13,15 19,04Pc:rbmcI iaIpa komprai 3,26 2 ,98 3,10 2,10Efd: r c C n , e r u ; (kaJIq) 28,13 37,14 33;41 21,34Vo lume apesiIik (cair) (lilt,) 0.797 0",3 C I , 9 O S o.a74Jumlah rc:friFu ya q benirkulasi 94,0 71,9 89,6 123,9(c:air) (//jam.1oD)Volume apesiIik (uap) (mslk&) 0,04& 6 0,0403 0.0492 0,0274Laju aIinD (ms/j_Duon) - S,72 3,6 4,17 3" ,KCIjatomprai (tc:aJ1ks) S. 1 6, 7 5, 1 4, SK0c6sieD Pn:stasi 5,S 5,s 5 ,8 4,54D . , . yaqdipc r1ubn(kW fton) 0,7 0. 7 0.67 0,85T c mp c ra tu r p oltd u ar I to mp rc so r ("C) SI 67 53 50

(K on c ti si ) T cmp c ra tu r p en gu a pa n : S"C Tcmpc r a t u r pcDaembunan : 4S"C


13/14

Tabel ~kteristik daennocIiaamib dan WIua,. rdrigeran untuk UBi, peodiac iaair-arif.,.1

Rcfr iac ran R II R 12 R'I I3 R 114Tek.uwa S-lU&paD (kg/an2abs) 0,506 3,696 0,1939 1,090Tebnao s-gembuoao (kaIan2abs) 2 . 0 8 4 11,023 O,94S1 4,066Efek rdrigerasi (b:aI/kS) 37,85 28,13 29,68 24,12Volume spcsifiI< (m'/ks) 0,33 0,0486 0,641 0,1207

Jumlah ps benirkulasi lap 29,4 S ,72 71,6 16,63(m' !jam.IOD) 8uaog 8,3S 2,24 16,8 S,IOKeija lomprai (kcal/kg) S, 7 4, 8 S ,I 4,9Kerja lomprai persatuao beret (m) 2430 2 O S O 2180 2090Daya yang dipcrlubD (kW/toD) 0,790 0.895 0,88 1,068Temperatur ps leluar kompraor rq S2 S I . KccepataDsuar. dalam au pada 13 4 1 3 8 113 116O'C (m/IcC)

(AIQU",": Hampir sama dcopn temperatur JlCDgcmbunaD(Kondis i)Temperatur J lCDlU&pan: SC

Tempcratur pcogembunao: 4SCSuper dingiD: SC


14/14

o I t Y I I I I I I v V ~ I J I I ~~ 7 J ; ; ;? ' ,! I / I I / 1 / I I / I I /II II V ItI~ 1 / V 1 / II II V II V ' J~ Ii /:::) j J ,J j I j~ 0 1 /11 17V ~~: t ! l V I / V r l V l / V II IIV~ 1/11 V i~ J J iii}; ~ V ~ l j l ~ J V ~ V ~ V ~ V ~ ~ V V V V I /V I I V v~ v. I I 1 / j J I , ~ d . j l / I J I J I / V Jfr 0 , } I I I/~. LLI... " " !lb ~T I_L I.3 I I I I I I 'r t { } ( trH'irV'""J1-1f-ll,;;; I IIIII \0 _L II2 v. ) I I I 7 -} J liSl? II i J~ v. I I 71/ V J 11I1 II ~ _),III~ 1/ I I J 17':!.ILVl

J I I II J I 7r z II 8 'J. IVe. , I I I II J III II J j I ' .!+-I/-I-v~~0- I 1/ J III i 711 V -~ J I J V so J J IIIII 11/1/11 irl'!'rT,!'-f-+-

I I I I I I I I 711 V '7 I ~ G17 7 I I I I I I I I i I I / ~ l-t-t-HI I . I I I I I J I V V 7 1 t!R : 7 J 1 1 / I I I I J I I I I I I . ' +-+-+-+-1'I.. 11 / I I 'II V J ll/R..... 'f)-t-t-f---I--+-iO-I--+--+-" .~ " : I . J I1 / II J V-.J ...~