OPERASI HUMIDIFIKASI Operasi Humidifikasi Operasi humidifikasi melibatkan perpindahan interfasa masa dan energi apabila terjadi kontak antara gas dan liquid yang saling tidak melarutkan. Senyawa/zat yang melangsungkan perpindahan inerfasa adalah material yang berupa fasa liquid yang terdifusi dalam bentuk uap (vapor).
Kurva Tekanan – Uap Apabila
cairan
(liquid)
diberikan
panas,
uap
yang terbentuk
akan
mempunyai tekanan yang disebut dengan tekanan uap. Tekanan uap dari suatu cairan tergantung pada temperatur. Plot tekanan uap versus temperatur menghasilkan kurva tekanan uap sebagaiana ditampilkan pada Gambar 1
Gambar 1. Tekanan Uap Liquid Murni
Keterangan Gambar: Kurva TBDC : kurva tekanan uap (saturated liquid dan saturated vapor). Pada saturated liquid, jika temperature diturunkan akan terjadi kondensasi dan terbentuk cairan dan pada saturated vapor, jika temperature dinaikkan akan terbentuk uap.
Titik
A
=
Liquid murni
Titik
F
=
Vapor
Titik
T
=
Triple point (solid, liquid dan vapor berada bersama-sama)
Titik
C
=
Titik kritis (critical point)
Pcrit
=
tekanan kritis
Tcrit
=
temperatur kritis
Superheated =
uap atau gas pada temperatur diatas saturasi.
Pada titik kritis, tidak ada perbedaan antara liquid dan uap, dan density liquid,
liquid, viskositas liquid µL, refractive index liqud = density liquid,
liquid,
viskositas liquid µL, refractive index liqud. Zat diatas titik kritis disebut gas yang tidak bisa dicairkan lagi walaupun tekanan dinaikkan. Titik didih adalah temperatur yang berhubungan dengan tekanan pada vapor – pressure curve. Normal boiling point, tnbp adalah titik didih cairan pada P = 1 atm. ADE = Isobaric proces (P konstan) terjadi perubahan dari liquid ke uap. ABF = Isothermal proces (T konstan) terjadi perubahan dari liquid ke uap. Pada kondensasi, terjadi pelepasan panas laten penguapan. Pada Penguapan, terjadi absopsi/ penyerapan panas laten penguapan.
Kurva tekanan uap temperatur pada umumnya bukan garis lurus sehingga perlu di linearisasi untuk interpolasi data tekanan uap dan temperatur. Persamaan Clausius – Clapeyron : menghubungkan slope kurva tekanan uap terhadap panas latent penguapan :
dp dT
' T ( G L )
(1)
Dimana :
G L
=
molal specific volume saturated vapor dan liquid.
'
=
molal latent heat
L
=
0 dibandingkan dengan
RT
G d P d T
P
'
d P d T
ln
d In p
p
, G 0
T G
G
P
T RT
' P RT 2 dp
p
'
'
RT
dT
(2)
RT 2
const
(3)
Reference – Substance Plot d In p r d In p d In p r
log p
'r dT
(4)
RT 2
' r '
M M r r
M ' M r r
log p r const
(5)
(6)
r = reference Subtance
Humidifikasi dan dehumidifikasi mencakup perpindahan material antara fasa liquid murni dan gas. Gas tidak larut dalam liquid. Pada humidifikasi, tidak terdapat gradien konsentrasi dan tahanan perpindahan dalam fasa liquid dikarenakan liquid hanya mengandung satu komponen.
Definisi : Untuk sistem terutama udara – air : Gas adalah komponen yang hanya berbentuk gas. Uap (vapor) adalah komponen yang berbentuk gas yang juga berada dalam bentuk liquid. Dalam fasa gas, uap (vapor) sebagai komponen A dan gas sebagai komponen B.Tekanan ditetapkan, karena sifat campuran gas – uap bervariasi dengan tekanan. Campuran gas – uap diasumsi mengikuti hukum gas ideal. Humiditi (Humidity) Adalah masa uap yang dibawa oleh unit masa gas bebas uap. Humiditi tergantung pada tekanan uap dalam campuran jika tekanan uap ditetapkan. Humiditi dinyatakan dengan
H
M A A
M B 1 A
(7)
Dimana : M A =
Berat Molekul A
M B =
Berat Molekul B
A =
Tekanan parsil uap A
A
1 A
=
Ratio molekul uap terhadap gas pada 1 atm
Humidifikasi Untuk menambahkan kelembaban udara (gas)
Air dipanaskan pada temperatur tertentu menghasilkan uap yang akan bercampur dengan udara.
Dehumidifikasi Untuk mengurangi kelembaban udara (Gas) Udara
+
uap
dikondensasikan
sehingga uap akan menjadi liquid. Hubungan mol fraksi dalam fasa gas terhadap humiditi : y
H / M A
1 / M B H / M A
(8) H / M A kecil dibandingkan 1 / M B
y H
Saturated gas (gas Jenuh) Adalah gas dimana uap berada dalam kesetimbangan dengan liquid pada temperatur gas, Tekanan parsil uap = tekanan uap liquid pada temperatur gas.
Saturation Humidity :
H
M A A
M B
1
(9)
A
Dimana : A
=
Tekanan Uap Liquid
Relative Humidity : Adalah rasio tekanan parsil uap terhadap tekanan uap liquid pada temperatur gas. H R 100
A
A
H R = 100 H R = 0
Saturated gas
Gas bebas uap
(10)
Percentage Humidity : Adalah rasio Actual Humidity,
H terhadap
Saturation Humidity,
H s pada
temperatur gas.
H A = 100
H HS
/ 1 H A = 100 A
A
A / 1 A
1 H A = H R
A
1 A
(11)
Humid Heat : Adalah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 lb atau 1 g gas + uap 1oF atau 1oC C S C PB C PA H
Dimana : C PB , C PA = specific heat gas dan uap
Humid Volume : Adalah volume total dari unit massa gas + uap pada 1 atm dan temperatur gas dan uap. V H
359 T 1 H 492 M B M A
(13)
T = temperatur absolute (R) V H = [fps] V H T K
V H m 3 / g
0,0224 T 1 273
H M B M A
(14)
Jika gas bebas uap,
H =0
V H Volume spesific gas
Saturated gas
H = H S
V H Saturated volume
Dew point : Adalah temperatur dimana campuran uap dibandingkan untuk menjadi saturated pada humidity konstan. Dew – point saturated gas phase = temperatur gas. Total Enthalpy Adalah enthalpy unit masa gas + uap H y G B T T O H O C PA H T T O
(15)
Dimana : H y
=
total enthalphy gas + uap
G B T T O
=
Sensible heat gas bebas uap
H O
=
latent heat liquid pada TO
C PA H T T O =
Sensible heat uap
Substitusi Persamaan (12) ke (15) : H y C S T T O H O
(16)
Kesetimbangan Fasa: Pada operasi humidifikasi dan dehumidifikasi terjadi kesetimbangan antara uap dan liquid jika tercapai saturated gas.
Equilibrium Mole Fraction : y e
H S / M A
1 / M B H S / M A
Dimana : y e
=
equilibrium mole fraction A (H2O)
(17)
H S
=
saturation humidity
Gambar 2. Kesetimbangan sistem udara – Air pada 1 atm
