Soal-soal Humidifikasi Operasi Teknik Kimia II Dikumpul pada : 24 September 2013 Anggota Kelompok : 1. 2. 3. Rahma Fifiyana 4. Suhendri 5. Yozie Anugrah Udara memasuki unit pengeringan dengan temperature 60oC (140oF) dan dew 1. point 26.7oC (80oF). Dengan menggunakan grafik Humidity, tentukanlah a. H, b. persentase kelembaban Hp, c. panas kelembaban Cs d. volume kelembaban VH dalam satuan SI dan British. Jawaban: Nilai Dew point 26,7oC tersebut adalah temperature ketika campuran 100 % jenuh. Mulai dari 26,7oC, berdasarkan gambar 2 dan penggambaran garis vertikal hingga memotong garis dengan kelembaban 100%, maka dapat diplot hasilnya berupa nilai data H = 0,0225 kg H 2O/kg udara kering, dan ini merupakan nilai kelembaban aktual udara pada temperature 60 oC. Artinya, jika udara pada 60oC dengan kelembaban H = 0,0225 didinginkan, maka nilai dew pointnya adalah 26,7oC, dalam satuan British nilai H= 0,0225 lb H2O/ lb udara kering. Dengan menempatkan nilai H = 0.0225 dan suhu 60 oC pada grafik, maka nilai persentasi kelembaban dengan menggunakan interpolasi linear secara vertikal pada titik 10% dan 20% dapat ditentukan, yaitu 14%. Berdasarkan persamaan 9.3-6, nilai panas kelembaban pada H = 0,0225 dapat ditentukan dengan cara Cs = 1.005 + 1.88(H) = 1.005 + 1.88 (0.0225) = 1.047 kJ/ kg udara kering oK (dalam satuan British)
Cs = 0.24 + 0.45(H)
= 0.24 + 0.45 (0.0255) = 0.250 Btu/lbm udara kering oF (dalam satuan SI ) Volume kelembaban pada 60oC (140oF) dari persamaan 9.3-7 : VH = (2.83 x 10-3 + 4.56 x 10-3 H) (t oK) = (2.83 x 10-3 + 4.56 x 10-3 x 0.0225) (60+273) = 0.977 m3/ kg udara kering (dalam satuan SI) Atau VH = (0.0252 + 0.0405 H) (t oR) = (0.0252 + 0.0405 x 0.0225) (1.8 x 333) = 15.67 ft3/lbm udara kering (dalam satuan British)
2. Tentukan besarnya suhu bola basah, kandungan uap airnya dan suhu titik o
embun bila diketahui suhu bola kering disuatu ruangan adalah 163 F dan kelembabannya 30% Penyelesaian: Nilai suhu bola basah, kandungan uap air dan suhu titik embun dapat ditentukan dengan grafik kelembaban (humidity) seperti di bawah ini: o
Nilai suhu bola basah : 130 F Kandungan uap air : 0,097 lb uap air/lb udara kering 0
Suhu titik embun : 129 F
0.097
129
Udara di dalam ruangan dengan suhu 32,5 °C (90,5° F) dan pada tekanan 3. 101.3kPa dan uap air bertekanan parsial PA = 2.76 kPa. Hitunglah : a. Humidity,H b. Saturation humidity,Hs,dan persentase humidity Hp c. Persentase relative humidity, HR Jawaban: Berdasarkan tabel a.2-9 propertis dari saturated steam dan air pada buku geankoplis didapatkan nilai Pas dengan cara interpolasi sebagai berikut: X1 30 oC X 32,5 X2 33
a.
= 0.01742 kg H2O/kg udara
b.
1
4,246 Pas 5,034
Y1 Y Y2
= 0,0316 kg H2O/kg udara
c.
= 56,33% Campuran udara (B) dan uap air (A) pada tekanan total 1 atmosfer mempunyai 4.
temperature 120 oF dan absolute humidity 0.030 lb H2O/lb udara kering. Tentukan kondisi-kondisi yang lain dari campuran tersebut (% humidity, temperatur wet bulb, humid volume, humid heat) Penyelesaian: Nilai % humidity, temperatur wet bulb, humid volume, dan humid heat berdasarkan grafik adalah seperti dibawah ini: % Humidity
: 39% 0
Temperatur wet bulb
: 95 F 3
Humid volume
: 10 Ft /lb udara kering o
Humid heat
: 0,31 btu/ F lb udara kering
2
Udara lembab pada 310oK mempunyai temperatur wet-bulb pada 300oK. jika 5. panas laten pada penguapan air pada suhu 300oK adalah 2440 kj/kg. hitung kelembaban dari udara dan persentasi relatif kelembaban. Tekanan total adalah 105 kN/m2 dan tekanan uap air pada suhu 300oK adalah 3,60 kN/m2 dan pada suhu 310oK adalah 6,33 kN/m2 Jawaban: Kelembaban udara jenuh pada temperatur wet-bulb:
3
ϰw
=
= Lalu ambil persamaan (h/(hDῥA)) (0,0220- ϰ ) ϰ ϰw
=( 1/2440) x (310-300) = 0,018
=
0,0780 =[(18Pw)/[(105-Pw)](29)] Pw
= 2,959 kN/m2
Persentase humidity = (100 x 2,959)/6,33) = 46,7 %
Udara pada suhu 20oC dan tekanan 740 mmHg memiliki relative humidity 70% 6. a. b.
Hitung molal humidity udara tersebut Hitung molal humidity udara tersebut bila suhu diturunkan menjadi 10 oC dan tekanan dinaikkan menjadi 40 psi, sehingga sebagian uap air akan
c. d.
mengembun Hitung berat uap air yang mengembun setiap 1000 ft3 udara pada kondisi awal Hitung volume akhir udara lembab pada soal b bila uap air pada suhu - 20oC = 17,55 mmHg - 10oC = 9,2 mmHg
Penyelesaian H
= 70%
4
Ps
= 20oC = 17,5 mmHg
Ps
= 10oC = 9,2 mmHg
P
= 740 mmHg
a. Relative humidity Dimana: Ps= tekanan uap air (20oC) Pv= tekanan parsial uap = 70% x 17,5 mmHg = 12,25 mmHg
b. Molal humidity udara bila suhu diturunkan menjadi 10oC P = 40 psi (konversi ke mmHg)
Mengembun keadaan jenuh Pv=Ps= 9,2 mmHg = 4,468x10-3 c. Tekanan parsial udara kering = 740 mmHg -12,25 mmHg = 727,75mmHg Volume parsial udara kering pada keadaan standar P T0 V V0 P0 Ti V 1000 Ft 3
727,75mmHg 273K 882,4 Ft 3 760mmHg 273 K 20 K
Jumlah mol udara kering = 882,4 Ft 3 1lbmol 2,46lbmol 359 Ft 3 (1 lbmol = 359 Ft3 [geankoplis])
Keadaan akhir Jumlah mol udara kering tetap = 2,46 lbmol 5
Jumlah mol uap air = 2,46 x (4,468x10-3) = 0,0109 lbmol Uap air yang mengembun = 0,042 – 0,0109 = 0,6311 = 0,031x18=0,5616 lb
d. Jumlah mol udara lembab pada keadaan akhir: 2,46 lbmol + 0,0109 lbmol = 2,4709 lbmol Volume udara lembab pada keadaan akhir: V1 V0
P T 0 T0 P
V1 2,4709 359 Ft 3
( 273 10) K 760mmHg 273K 2068,03mmHg
V1 337,95Ft 3
Pada suatu proses yang memerlukan udara pada suhu dan kelembaban terkendali 7. digunakan 14800 lb (6713,17 kg) udara kering perjam dengan kelembaban 30% dan suhu 125oF (51,67oC). Udara ini dibuat dari udara yang mengandung kelembaban
30%
pada
suhu
60oF
(15,56oC)
dengan
terlebih
dahulu
memanaskannya lalu melakukan humidifikasi adiabatic sampai kelembaban yang dikehendaki, dan akhirnya memanaskan lagi udara lembab itu sampai suhu 125 oF (51,67oC). Langkah humidifikasi itu dilaksanakan didalam kamar semprot. Andaikan udara yang keluar dari kamar semprot itu 4 oF (2,22oC) lebih panas dari suhu jenuh adiabatiknya, sampai suhu berapa udara itu harus dipanaskan pertama kalinya, pada suhu berapa udara itu seharusnya keluar dari kamar semprot, berapa kalor yang diperlukan untuk pemanasan pertama dan kedua, dan berapa seharusnya volume kamar semprot itu? Anggaplah hy 85 Btu/ft 3jam-oF (1,583 w/m3-oC)
6
Jawaban : Dari grafik kelembaban udara-air pada 1 atm (Gambar 1) pada kelembaban 30% dan suhu 125oF didapat kelembaban udara itu adalah 0,029. Udara keluar dari kamar semprot berada pada kelembaban yang sama yaitu 20% dan titik yang mwakilinya pada grafik 1 ditentukan letaknya dengan mencari titik dimana koordinat untuk ϰ = 0,029 ialah 4oF dari ujung garis pendinginan adiabatik. Dengan memeriksa gambar kita ketahui bahwa garis adiabatik untuk proses didalam kamar semprot itu berkaitan dengan suhu jenuh adiabatik 86oF, dan titik pada garis ini pada ϰ=0,029 dan suhu udara yang keluar dari kamar itu adalah 90oF. Udara semula mempunyai kelembaban 0.0045. untuk mencapai garis pendinginan adiabatik pada Ts=86oF, suhu udara keluar pemanasan haruslah 192oF. Kalor lembab udara semula adalah (dari Gambar 1) 0,244 Btu/lb oF. jadi, kalor yang diperlukan untuk memanaskan udara itu adalah 0,244 Btu/lboF x 14800 lb (192 – 60)oF = 468864 Btu per jam Kalor lembab udara keluar dari kamar semprot ialah 0,253 Btu/lb oF, dan kalor yang diperlukan didalam pemanas kedua ialah 0,253 Btu/lboF x 14800 lb (125 – 90) oF= 131054 Btu per jam Kalor total yang diperlukan ialah (468864 + 131054) Btu per jam = 599918 Btu per jam Kalor lembab rata-rata ialah:
Untuk menghitung volume kamar semprot dapat dihitung dari:
7
Persen kelembapan absolut udara pada 30°C (86°F) dan tekanan total sebesar 750 8. mmHg (100 kPa) adalan 20%. Hitunglah (a) tekanan parsial uap air dalam udara, (b) persen kelembapan relatif, dan (c) kelembapan (humidity). Penyelesaian : Data dari tabel uap adalah : pada 86°F = 31,82 mmHg = 4,242 kPa (geankoplis:854) Untuk memperoleh kelembapan relatif,
, kita harus mencari tekanan
parsial uap air dalam udara. Ini dapat diperoleh dengan : PH 2 O P PH 2 O %( H A ) tot 100% P * H 2O Ptot P H 2 O PH 2 O 750 PH 2 O 20% 100% 31,8 750 31,8
=100%
= 20,7%
8
(a) Maka,
= 6,58
mmHg (b) %HR
=
(c)
=
=
=5,49 x 10-3 lb water vapor/ lb dry air
9
=
