TUGAS MATA KULIAH OPERASI PERPINDAHAN MASSA DAN PANAS (OTK 2)
JUDUL
:
³ HUMIDIFIKASI DAN PERALATANNYA ³
Oleh :
Akhmad Kautsar
2009430003 (P2K / SMA)
Riva Maulina
20094370333 (P2K / D3)
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN
TEKNIK KIMIA
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH JAKARTA 2010
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, Tuhan pencipta alam semesta karena atas rahmat dan hidayah - Nya, penulis dapat menyelesaikan penyusunan Makalah ini dengan judul ³ Humidifikasi dan Peralatannya ³. Penyusunan
Makalah ini merupakan salah satu tugas dari mata kuliah Operasi
Perpindahan Massa dan Panas ( OTK 2 ) pada program Strata- I Fakultas Teknik Kimia, Universitas Muhammadiyah Jakarta. Dalam penyusunan Makalah ini, penulis banyak mendapat bantuan dan peran serta dari berbagai pihak, maka pada kesempatan ini dengan segala kerendahan hati penulis ingin mengucapkan terimakasih kapada :
1. Kedua Orang tua dan Kakak yang telah memberikan dukungan dan bantuannya selama penyusunan Laporan Peneli Pene litian tian ini. 2. Ibu DR. Ir. Hj, Ismiyati, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia, Universitas Muhammadiyah Jakarta 3.
Ibu Alvika Meta Sari, ST. MT, selaku dosen Operasi Perpindahan Massa dan Panas atas segala bimbingan serta saran yang t elah diberikan selama penyusunan Makalah ini.
4.
Teman ± teman yang telah membantu demi kelancaran Persentasi. Penulis menyadari bahwa Makalah ini dalam penyusunannya masih jauh dari
kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik dari semua pihak yang bersifat membangun. Semoga Allah SWT senantiasa melimpahkan karunia ± Nya sehingga Makalah ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak.
Jakarta, 13 Febuari 2011
Penulis
BAB
I
PENDAHULUAN
Teknologi kimia adalah teknologi pengolahan bahan baku menjadi bahan hasil yang bermanfaat dan dapat mendatangkan keuntungan. Bahan-bahan hasil itu akan yang akan dipakai langsung oleh konsumen dan ada pula yang berupa bahan antara yang baru menjadi bahan konsumsi setelah dimodifikasi secara kimia k imia atau fisika. Di Industri para insinyur teknik kimia bertanggung jawab merancang sistem-sistem yang memproduksi dalam jumlah besar bahan-bahan yang biasanya dibuat dalam jumlah kecil di laboratorium oleh para kimiawan. Para insinyur kimia memilih proses-proses yang sesuai dan kemudian merancangnya sedemikian rupa sehingga menghasilkan produk yang diinginkan. Proses-proses tersebut diantaranya adalah : 1.
Proses perpindahan kalor
2.
Proses perpindahan massa massa misal: absorbsi, humidifikasi, humidifikasi, dan drying (pengeringan)
3.
Proses
yang
melibatkan
kerja
mekanik
misal:
pencampuran,
pengecilan
ukuran,
penyaringan. 4.
Proses yang yang melibatkan reaksi kimia misal misal : klorinasi, polimerisasi, oksidasi.
Dalam proses humidifikasi biasanya dicapai dengan membuat kontak udara dengan air dalam kondisi tertentu yang membuat kelembaban yang diinginkan tercapai. Jika kondisi dalam humidifier sedemikian rupa hingga udara mencapai titik kejenuhan, maka kelembabannya tetap. Namun jika peralatan tersebut ( ini berlaku untuk peralatan komersial pada umumnya ) dimana udara keluar tidak cukup jenuh, menyebabkan kondisi yang tidak menentu muncul. Kelembaban udara yang keluar bisa ditetapkan dengan memvariasikan suhu air sesuai suhu yang dinginkan, udara dengan persentase kelembaban dan suhu yang diinginkan dengan demikian dapat diperoleh.
Dalam pertimbangannya diketahui bahwa peralatan pelembab udara harus memiliki perangkat utama yang terdiri perangkat untuk pemanasan udara, baik sebelum atau setelah pelembaban, atau keduanya. dan beberapa metode untuk membuat udara didalam kontak dengan air.
BAB
II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Humidifikasi
2.1.1
Pengertian Humidifikasi
Humidifikasi
adalah proses penigkatan jumlah jumlah kadar air air dalam aliran gas dengan
melewatkan aliran gas di atas cairan yang kemudian akan menguap ke dalam gas. Dalam proses ini gas dikontakkan dengan air yang berada di dalam labu secara counter current dimana air mengalir dari atas dan gas / udara mengalir keatas dari bawah, dengan laju alir sirkulasi air tertentu. Pada proses humidifikasi yaitu proses penambahan kandungan air dalam udara dilakukan dalam dua proses yaitu proses pemanasan dan tanpa pemanasan. Dengan bertambahnya jumlah aliran air air yang dikontakkan dengan udara proses maka akan menigkatkan kendungan air dalam udara sampai mencapai kondisi jenuh. Pada prose humidifikasi dengan pemanasan jumlah kandungan air yang diserap oleh udara makin besar. Ini disebabkan karena dengan pemanasan maka temperratur udara akan naik sementara kelembabanr elatifnya menjadi turun sehingga kemampuan udara di dalam menangkap air lebih besar bila dibandingkan dengan yang tanpa pemanasan. Untuk mendapatkan laju humidifikasi yang tinggi, kontak antar permukaan dari udara dan air dibuat sebesar mungkin. mungkin. Modifikasi yang dapat dilakukan adalah memakai jenis packing yang dapat mendukung perluasan kontakantar permukaan dan laju air sirkullasi air diatur optimum sehingga dapat mendukung terbentuknya laji film pada permukaan packing kolom. Sedangakn proses dehumidifikasi terjadi penurunan kandungan air di dalam udara proses. Penurunan kandungan air dalam kolom dehumidifikasi menunjukkan penurunan yang cukup signifikan dimana penurunan dipengaruhi oleh kemampuan media menangkap air. Pemanasan yang dilakukan pada proses dehumidifikasi bertujuan agar sejumlah kandungan air yang dibawa
udara dapat teruapkan sehingga akan membantu aktivitas media penangkap air dan sekaligus dapat mengeluarkan air dari dalam udara. Temperaatur udara yang keluar dari proses humidifikasi dan dehumidifikasi akan bergantung pada besarnya kalor yang yang diberikan serta jumlah kandungan air yang ditangkap atau dikeluarkan dari udara. Dibawah ini adalah skema pro ses humidifikasi dan dehumidifikasi.
2.1.2
Istilah ± istilah dalam proses humidifikasi
1.
Kelembaban yaitu massa massa uap yang yang dibawa oleh satu satuan massa gas bebas uap, karena itu humidity hanya bergantung pada tekanan bagian uap di dalam campuran bila tekanan total tetap.
2.
Suhu bola basah yaitu yaitu suhu pada keadaan tunak dan tidak tidak berkesetimbangan yang dicapai bila sutu massa kecil dari zat cair dikontakkan dalam keadaan adiabatik di dalam arus gas yang ko ntinu.
3.
Kelembaban jenuh jenuh yaitu yaitu udara dalam proses yang berkesetimbangan denganair pada suhu dan tekanan tertentu. Dalam campuran ini, tekanan parsial uap air dalam campuran udara - air adalah sama tekanan uap murni pada temperatur tertentu.
4.
Kelembaban relative yaitu ratio antara takanan bagian bagian dan tekanan uap zat cair pada suhu gas. Besaran ini dinyatakan dalam persen ( % ) sehingga kelembaban 100 % berarti gas jenuh sedang kelembaban 0 % berarti gas bebas uap.
5.
Kalor lembab lembab yaitu yaitu energi kalor yang diperlukan untuk menaikkan menaikkan suhu satu satuan satuan massa beserta uap yang dikandungnya.
6.
Entalpi lembab lembab yaitu yaitu entalpi satu satuan satuan massa massa gas ditambah uap yang terkandung di dalamnya.
7.
Volume lembab yaitu volume total satu satuan massa massa bebas uap beserta uap yang dikandungnya pada tekanan 1 atm.
8.
Titik embun campuran udarra ± uap air yaitu temperature pada saat saat gas telah jenuh jenuh oleh uap air.
2.2
Peralatan dengan Prinsip Proses Humidifikasi
Peralatan dengan prinsip humidifikasi di bagi menjad i 3 bagian yaitu : 1. Humidifier ( Peningkat kelembaban ) 2. Dehumidifier ( Pengering Udara ) 3. Cooling Tower ( Menara Pendingin )
2.2.1
Humidifier ( Peningkat Kelembaban )
Peralatan pelembab udara harus memiliki perangkat utama yang terdiri perangkat untuk pemanasan udara, baik sebelum atau sesudah pelembaban atau keduanya, dan beberapa metode untuk membuat udara di dalam kontak dengan air. Perangkat pemanas biasanya berupa elemen atau susunan dari tabung bersirip. Udara dapat dibuat kontak dengan air dalam berbagai perangkat. 2.2.1.1 Jenis ± jenis Pelembab Udara
Jenis ± jenis pelembab udara meliputi : 1.
Vaporizer( Uap Humidifier ) Air mendidih membentuk uap yang menambah kelembaban udara.
2.
Impeller humidifier Sebuah cakram/ lempengan berputar pada diffuser, yang memecah air menjadi butiran halus (aerosol) yang melayang ke udara.
3.
Ultrasonic humidifier Sebuah difragma logam bergetar pada frekuensi ultrasonic menciptakan butiran-butiran air yang secara perlahan keluar ke luar dari humidifier dalam bentuk kabut dingin.
2.2.1.2 Kekurangan dan Resiko Humidifier
Jika kelembaban relative lebih besar dari 60 %, maka penggunaan humidifier bisa memnungkinkan reproduksi tengu debu atau pertumbuhan jamur. Kelembaban relative harus dijaga antara 40 % dan 60 %. Beberapa pelembab udara sekarang menggunakan anti microba untuk mengurangi pertumbuhan bakter i dalam humidifier tersebut. 2.2.2
Dehumidifier ( Pengering Udara )
Alat dipakai untuk menguranagi tingkat kelembaban di udara dalam bangunan perumahan atau perkantoran. Biasanya karena alasan kesehatan. Karena tingkat kelembaban
yang tinggi menigkatkan pertumbuhan jamur juga tidak menyenangkan bagi manusia. Dapat juga menyebabkan kondensasi dan dapat membuat sulit tidur. Sedangkan dalam dunia industri ( contohnya : Percetakan ) dipakai untuk menjaga tingkat kelembaban yang diinginkan karena berpengaruh pada kualitas hasil cetak. 2.2.2.1 Proses Dehumidifier
Proses dehumidifier dehumidifier dibagi menjadi 4 yaitu : 1.
Teknik / Refrigerative Biasanya bekerja dengan menarik udara lembab melewati kumparan pendingin dengan kipas kecil. Karena tekanan uap jenuh air menurun dengan penurunan suhu, air di udara mengembun, dan menetes ke dalam penampung. Udara lalu dipanaskan oleh sisi hangat dari kumparan pendinginan. Proses ini paling efektif dengan suhu sekitar yang lebih tinggi dengan suhu titi t itik k embun udara. Dalam cuaca dingin proses ini kurang efektif e fektif..
2.
Elektronik Elektronik dehumidifiers menggunakan pompa pemanas pelher untuk menghasilkan permukaan yang dingin untuk kondensasi uap air dan udara. Jenis dehumidifiers ini memiliki keuntungan karena yang sangat tenang (tidak bising) ketika digunakan karena tidak ada kompresor mekanis.
3.
Air Conditoner Secara otomatis bertindak sebagai penurun kelembaban, ketika udara dingin sehingga perlu menangani akumulasi air juga. Proses ini biasanya dengan melewatkan udara kedalam kontak dengan semprotan air dimana suhunya lebih rendah dari titik embun udara yang masuk. Seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini :
4.
Dehumidifiers Darurat Proses penghilangan kelembaban udara dapat dilakukan dengan melewati cairan dingin melalui bagian dalam tabung yang disusun ( kondensoor ) kemudian udara lembab ditiupkan melaluinya. Suhu permukaan luar tabung logam harus di bawah titik embun udara sehingga air akan mengembun dari udara. Seperti ditunjukkan pada gambar dibawah ini :
2.2.3
Cooling Tower ( Menara Pendingin )
2.2.3.1 Pengertian Menara Pendingin
Menara pendingin merupakan suatu peralatan yang didigunakan untuk menurunkan suhu aliran air dengan cara mengekstraksi panas dari air dan mengemisikannnya ke atmosfir. Menara pendingin menggunakan penguapan dimana sebagian air diuapkan ke aliran udara yang bergerak dan kemudian dibuang keatmosfir. Sebagai akibatnya air yang tersisa didinginkan secara signifikan. Menara pendingin mampu menurunkan suhu air lebih dari peralatan ± peralatan yang hanya menggunakan udara untuk membuang panas, sperti radiator dalam mobil, dan olej karena itu biayanya lebih efektif dan efisien energinya. Seperti ditunjukkan pada gambar dibawah ini :
2.2.3.2 Cooling Tower system
Air dipompa dari cekungan menara pendingin, kemudian air disalurkan melalui proses kondensasi dengan kondensor. Air dingin menyerap panas dari proses aliran panas yang perlu didinginkan, dan panas yang diserap menghangatkan air yang beredar ( C ), kemudian air hangat kembali ke puncak menara pendingin dan menetes ke bawah melalui material pengisi di dalam menara. Setiap air yang menetes ke bawah akan terjadi kontak udara melalui menara baik oleh draft alami atau dengan forced draft menggunakan kipas besar di menara. Selain itu sejumlah air akan hilang sebagai windage ( W ) dan beberapa air ( E ) akan menguap. Panas yang diperlukan untuk menguapkan air berasal dari air itu sendiri, yang mendinginkan air baskom ali dan air ini kemudian siap untuk recirculate. Air yang meguap melarutkan garam yang tertinggal dalam sebagian besar air yang belum diuapkan, sehingga menigkatkan konsentrasi garam dalam air pendingin beredar. Untuk mencegah konsentrasi garam air menjadi terlalu tinggi, sebagian dari air digambar off ( D ) untuk pembuangan. Air tawar makeup ( M ) diberikan untuk cekungan menara untuk mengkompensasi hilangnya air disekitar diseluruh system. Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah :
2.2.3.3 Komponen Menara Pendingin
Komponen menara pendingin meliputu : 1.
Rangka dan wadah Hampir semua menara pendingin memiliki rangka berstruktur yang menunjang tuutp luar, motor, fan dan komponen lainya.
2.
Bahan pengisi Hampir semua menara pendingin menggunakan bahan pengisi ( terbuat dari plastic atau kayu ) untuk memfasilitasi perpindahan panas dengan memaksimalkan kontak udara dan air.
3.
Kolam air pendingin Kolam air pendingin terletak atau dekat bagian bawah menara, dan menerima air dingin yang mengalir turun melalui menara dan bahan pengisi.
4.
Drift eliminators Alat ini menagkap tetes ± tetes air yang terjebak dalam aliran udara supaya tidak hilang ke atmosfir.
5.
Saluran udara masuk Ini merupakan titik bagi udara menuju menara. Saluran masuk bias berada pada seluruh menara ( design aliran melintang ) atau berada dibagian bawah menara ( design aliran berlawanan arah.
6.
Louvers Pada umumnya, menara dengan aliran silang memilki saluran masuk louvers. Kegunaan louvers adalah untuk menyamakan aliran udara ke bahan pengisi dan menahan air dalam menara.
7.
Nosel Alat ini menyemprotkan air untuk membasahi bahan pengisi. Distribusi air yang seragam pada puncak bahan pengisi adalah penting untuk mendapatkan pembasahan yang benar dair seluruh permukaan bahan pengisi. pengis i.
8.
Fan Fan aksial ( jenis baling ± baling ) dan sentrifugal keduanya digunakan dalam menara. Umumnya fan dengan baling ± baling digunakan pada menara induced draft dan fan sentrifugal ditemukan dalam menara dorced do rced draft.
2.2.3.4 Jenis ± Jenis Menara Pendingin
Menurut jenisnya menara pendingin dibagi dibag i menjadi : 1.
Menara pendingin jenis natural draft Menara pendingin natural draft menggunakan perbedaan suhu antara udara ambient dan udara yang lebih panas dibagian dalam menara. Begitu udara panas mengalir ke atas melalui menara, udara segar yang dingin disalurkan ke menara melalui saluran udara masuk di bagian bawah. Kebanyakan hanya digunakan untuk jumlah panas yang besar sebab struktur beton yang besar cukup mahal.
Menara natural draft terdapat dua d ua jenis yaitu : 1. Menara aliran melintang Udara melintasi air yang jatuh dan ba han pengisi berada dil d iluar uar menara. 2. Menara dengan aliran yang berlawanan arah Udara dihisap melalui air yang jatuh dan oleh karena itu bahan pengisi dibagian dalam menara, walaupun desain tergantung pada pad a kondisi trmpat yang spesifik. 2.
Menara pendingin draft mekanik Menara draft mekanik memilki fanyanag besar untuk mendorong atau mengalirkan udara melalui air yang disirkulaaasi. Air jatuh turun diatas permukaan bahan pengisi, yang
membantu untuk menigkatkan waktu kontak antara sir dan udara. Hal ini membantu dalam memaksimalkan perpindahan panas diantara keduanya. Laju pendinginannya tergantung pada banyak parameter seperti diameter fan dan kecepatan operasi, bahan pengisi untuk tahanan sitim dll. Menara pendinmgin draft mekanik terbagi menjadi 3, seperti dijelaskan dalam tabel :
Tabel Ciri ± ciri berbagai jenis menara pendingin draft mekanik
Jenis Menara Pendingin 1. Menara pendingin forced draft :
Kerugian
Keuntungan
Cocok untuk resistensi
Resirkulasi karena
Udara dihembuskan ke menara oleh
udara yang tinggi
kecepatan udara
sebuah fan yang terletak pada
karena adanya fan
masuk yang tinggi
saluran udara masuk.
dengan blower
dan udara keluar
sentrifugal.
yang rendah, yang
Fan relative tidak
dapat diselesaikan
berisik.
dengan
menempatkan di ruangan pabrik digabung dengan saluran pembuangan.
2. Menara pendingin aliran melintang
Lebih sedikit resirkulasi
Fan dan mekanisme
( induced draft ) :
daripada menara forced
penggerak motor
Air masuk pada puncak dan
draft sebab kecepatan
dibutuhkan yang
melewati bahan pengisi peng isi..
keluarnya 3 hingga 4
tahan cuaca terhadap
Udara masuk dari salah satu sisi
kali lebih tinggi
embun dan korosi
( menara alran tunggal ) natau pada
daripada udara masuk.
sebabmereka berada
sisi yang berlawanan ( menara aliran
pada jalur udara
ganda ).
keluar yang lembab.
Fan induced draft mengalirkan udara
melintasi bahan pengisi menuju saluran keluar pada puncak menara. 3. Menara pendingin aliran berlawanan ( induced draft ) :
Air panas masuk pada puncak.
Udara masuk dari bawah dan keluar pada puncak.
Menggunakan fan forced dan induced draft
Berikut adalah gambar jenis ± jenis menara pendingin :
Gambar Menara Pendingin Forced Draft
2.2.3.5 Pemilihan Menara Pendingin yang
1.
B enar
Kapistas Pemborosan panas (dalam kkcal/ jam) dan laju alir tersirkulasi (m3/jam) merupakan indikasi kapasitas menara pendingin.
2.
Range Range ditentukan bukan oleh menara pendingin, namun proses yang melayaninya. Range pada penukar panas ditentukan seluruhnya oleh beban panas dan laju sirkulasi air yang melalui penukar panas dan menuju ke air pendingin. Range merupakan fungsi dari beban panas dan aliran yang disirkulasikan d isirkulasikan melalui sistim : O
Range C = Beban panas ( dalam kkal/jam ) / Laju sirkulasi air ( l/jam )
Menara pendingin biasanya dikhususkan untuk mendinginkan laju aliran tertentu dari satu suhu ke suhu lainnya pada wet bulb tertentu. 3.
Approach Semakin dekat approach terhadap wet bulb, akan semaki mahal menara pendinginya karena O
meningkatnya ukuran. Biasanya approach 2,8 C terhadap wet bulb merupakan suhu air terdingin yang digaransi pembuat menara pendingin.
O
O
O
Approach ( 5,5 C ) = Suhu air dingin 32,2 C ± Suhu wet bulb ( 26,7 C ) 4.
Beban Panas Beban panas yang diberikan pada menara pendingin ditentukan oleh proses yang dilayaninya. Tingkat pendinginan yang diperlukan dikontrol oleh operasi proses yang dikehendaki. Ukuran dan harga menara pendingin meningkat dengan menigkatnya beban panas. Pembelian peralatan dengan ukuran terlalu kecil ( jika beban panas yang dihitung terlalu rendah ) dan peralatan dengan ukuran berlebih / terlalu besar ( jika beban panas yamg dihitung terlalu tinggi ) adalah sesuatu yang harus diperhatikan. Beban panas proses dapat bervariasi tergantung pada proses yang terlibat didalamnya dan oleh karena itu untuk sukar menentukan secara tepat. Dengan kata lain, beban panas penyejuk udara dan refrigerasi dapat ditentukan dengan ketepatan yang lebih tinggi.
5.
Suhu wet bulb Suhu wet bulb merupakan factor penting dalam kinerja peralatan pendingin air yang teruapkan, sebab merupakan suhu terendah dimana air akan didinginkan. Oleh karena itu, suhu wet bulb udarayang masuk ke menara pendingin menentukan tingkat suhu operasi minimum seluruh pabrik, pro ses, atau sistim.
6.
Hubungan antara range, aliran dan beban panas Range meningkat bial jumlah air yang disirkulasi dan beban panas meningkat. Hal ini berarti bahwa kenaikan range hasil dari beban panas yang ditambahkan memerlukan menara yang lebih besar.
7.
Hubungan antara approach dan suhu wet bulb Design suhu wet bulb ditentukan oleh lokasi geografis. Untuk niali approach tertentu ( pada range konstan dan range aliran), semakin tinggi suhu wet bulb, makin kecil menara yang diperlukan. Alasannya adalah bahwa udara pada suhu wet bulb yang lebih tinggi mampu mengambil lebih banyak panas.
BAB
III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Dari penjelasan diatas dapat disimpulkan bahwa : 1.
Humidifikasi adalah proses penambahan kandungan air dalam udara.
2.
Proses humidifikasi dibantu dengan pemanasan akan menghasilkan udara dengan kandungan air yang lebih besar daripada tanpa pemanasan.
3.
Dehumidifikasi adalah proses pengurangan kandungan air dalam udara. Pemanasan dalam dehumidifikasi bertujuan untuk menguapkan se jumlah air dalam udara proses.
4.
Temperatur udara yang keluar dair dair proses humidifikasi dan dehumidifikasi dehumidifikasi akan bergantung pada besarnya kalor yang diberikan seta jumlah kandungan air yang ditangkap atau dikeluarkan dari udara.
5.
Pada prinsipnya prinsipnya peralatan humidifikasi dibagi menjadi menjadi 3 yaitu yaitu : a. Humidifier ( Peningkat kelembaban ) b. Dehumidifier ( Pengering udara ) c. Cooling Tower ( Menara Menara Pendingin )
DAFTAR PUSTAKA
www.google.com www.wikipedia.com Materi Kuliah Operasi Perpindahan Massa dan Pa nas (OTK 2)
