Campuran Gas dan Uap selain dari Uap Air

Gambar 8.5. Proses pendinginan

8.7 Campuran Gas dan Uap selain dari Uap Air

Metoda pada Bab sebelumnya dapat diterapkan untuk campuran uap selain uap air, pada udara atau gas yang lain. Salah satunya adalah campuran dari gas bahan bakar minyak di dalam piston yang terdiri dari udara atmosfer dan uap minyak. Antara karburator dengan klep/katup pemasukan, campuran menerima panas dari pipa bermulut banyak (manifold) yang panas, dan selanjutnya kondisi ini menjadi bervariasi selama proses induksi. Dengan data yang tersedia maka masalah tersebut bisa diselesaikan seperti halnya campuran udara kering - uap air dengan istilah yang sama. Hal ini akan dibahas mendalam pada ilmu tentang pembakaran.

SOAL LATIHAN

1. Udara pada 32°C dijenuhkan dengan uap air pada tekanan 1,013 bar. Hitung tekanan parsial uap dan udara kering. Berapa volume campuran yang berisi 1 kg uap. Hitung juga massa udara yang diasosiaikan dengan jumlah uap tersebut. Hitung juga besarnya kelembaban spesifik dan kelembaban relatif campuran. (Jawaban : 0,04754 bar, 0,9655 bar; 29,6 m3; 32,6 kg; 0,031; 100 % ) 2. Tekanan uap air di dalam atmosfer pada tekanan 1,013 bar dan suhu 32°C tercatat 0,02063 bar. Berapa jumlah air yang dibutuhkan agar menjadi jenuh? Hitung besarnya kelembaban spesifik dan kelembaban relatif. Hitung hingga suhu berapa udara harus didinginkan agar menjadi jenuh. Jika udara didinginkan

hingga 10°C dari kondisi awalnya, hitung jumlah kondensat yang dihasilkan tiap kg udara kering. (Jawaban : 14 K; 0,01293; 43,4%; 18°C; 0,0053 kg)

3. Campuran udara dan uap air pada tekanan 1 bar dan suhu 26,7°C memiliki kelembaban spesifik 0,0085. Hitung besarnya prosentase kejenuhan.

( Jawaban : 37,7 % )

4. Campuran udara dan uap air pada 1,013 bar dan suhu 16°C titik embun 5°C. Hitung besarnya kelembaban relatif dan kelembaban spesifik. ( Jawaban : 48 %; 0,0054 kg/kg udara kering ) 5. Udara Atmosfer pada tekanan 760 mm Hg memiliki suhu 32°C dan prosentase kejenuhan yang dihitung dari diagram psikrometrik 52 %. Hitung : (a) tekanan parsial uap air dan udara kering (b) kelembaban spesifik (c) titik embun (d) densitas campuran. (Jawaban : 0,02472 bar; 0,98853 bar ; 0,01556; 20,9°C; 1,147 kg/m3) 6. Bandingkan tetapan gas campuran dari udara kering (R=0,287 kJ/kg.K) dengan uap air dengan tekanan 1,013 bar suhu 16°C. ( Jawaban : 0,2889 kJ/kg.K ) 7. Suhu di dalam ruang dengan volume 38 m3 adalah 25°C dan tekanan 1,013 bar. Titik embun dari udara di dalam ruang tersebut adalah 14°C. Jika wadah berisi air tersebut ditempatkan pada ruang tersebut, estimasi besarnya air yang bisa dievaporasikan. Asumsikan bahwa tekanan di dalam ruang bisa dipertahankan konstan.

( Jawaban : 0,447 kg )

8. Suatu pengkondisi udara (AC) mempertahankan suhu ruang 21°C dan RH 55 % pada saat tekanan barometrik 740 cm Hg. Hitung kelembaban spesifik dari campuran udara-uap air. Hitung juga suhu dalam jendela di dalam ruang pada saat mana kejenuhan mulai. Berapa massa uap air per kg udara kering di dalam ruang yang harus dikeluarkan dari campuran untuk mencegah kondensasi di dalam jendela jika suhunya menurun menjadi 4°C. Hitung kelembaban relatif untuk memenuhi kondisi ini jika suhu dipertahankan 21°C. Tekanan barometrik dipertahankan konstan.

(Jawaban : 0,00876; 11,620 C; 0,0036 kg; 32,7 %)

9. Campuran udara dan uap pada 50°C tekanan 1,013 bar terdiri dari 4% uap dan 96% udara kering berdasarkan basis massa. Hitung : (a) analisis berdasarkan volume (b) tekanan parsial uap dan udara kering (c) Kelembaban relatif campuran.

( Jawaban : 6,27%; 93,73%; 0,0636 bar; 0,949 bar; 51,5 % )

10. Campuran pada soal 8.8. hitung volume spesifik uap dan pans yang dikeluarkan per kg campuran jika didinginkan pada volume konstan ke dalam suatu kondisi di mana kondensasi dimulai. Hitung titik embun dan tekanan ruang pada kondisi ini

(Jawaban : 98,7 m3/kg; 7,1 kJ/kg; 11,2°C; 0,953 bar)

11. Campuran pada soal 8.9. hitung entalpi per kg campuran dengan acuan 0°C. Hitung juga panas yang dikeluarkan pada tekanan konstan 1,013 bar untuk memulai kondensasi.

( Jawaban : 151,8 kJ/kg; 13,3 kJ/kg )

12. Suhu bola kering dan bola basah dari ruangan tercatat 25°C dan 19,7°C. Menggunakan diagram psikrometrik hitung: (a) kelembaban spesifik dalam gram per kg udara kering, (b) prosentase kejenuhan, (c) titik embun, (d) volume spesifik campuran, (e) entalpi tiap kg udara kering. Gunakan perhitungan berdasarkan tekanan atmosfer 1 bar.

(Jawaban : 12,4 g/kg; 62%; 17,2°C; 0,86 m3/kg; 57 kJ/kg)

13. Jika atmosfer pada soal 8.12 didinginkan hingga 5°C kemudian dipanaskan sampai suhu bola basah tercatat 17,5°C, dengan proses berlangsung isobarik. Asumsikan udara meninggalkan pendingin dalam keadaan jenuh. Hitung dengan menggunakan diagram : (a) prosentase kejenuhan akhir, (b) kelembaban spesifik akhir, (c) suhu bola basah akhir, (d) Jumlah kondensat yang terkumpul pada pendingin per kg

udara kering, (e) Panas yang dilepas di dalam proses pendingin per kg udara kering. (Jawaban : 43,6%; 0,0055; 10,9°C; 38,2 kJ/kg; 12,7 kg)

14. Pada sistem pengkondisi udara (AC) udara dengan suhu 32°C dan tekanan 1,013 bar ditiupkan ke dalam ruang dengan prosentase kejenuhan 66,5 %. Mesin AC dibutuhkan untuk mempertahankan suhu 25°C dan prosentase kejenuhan 36 %. Hitung suhu di mana udara inlet harus didinginkan di dalam coil pendingin (asumsikan faktor by-pass coil nol), beban pendinginan, dan panas masuk pada heater. Sistem mambutuhkan 5 m3/dt udara bebas.

(Jawaban : 8,9°C; 315,6 kW; 91,8 kW)

15. Pada musim dingin, udara dengan suhu 5 oC dan prosentase kejenuhan 50 % diumpankan pada pembangkit AC pada soal 8.14. Jika udara dengan kuantitas yang sama dibutuhkan pada kondisi yang sama, hitung berapa banyak air yang ditambahkan dan input panas yang dibutuhkan. Suhu air yang tersedia 25°C.

( Jawaban : 1,49 kg/min; 174,4 kW )

16. Udara memasuki menara pendingin konveksi alami pada tekanan 1,013 bar, suhu 13°C, dan kelembaban relatif 50 %. Air pada 60°C dari kondensor turbin disemprotkan ke dalam menara dengan laju 22,5 kg/dt dan meninggalkan menara dengan suhu 27°C. Udara meninggalkan menara dengan suhu 38°C, tekanan 1,013 bar dalam kondisi jenuh. Hitung: (a) laju aliran udara yang dibutuhkan, (b) penambahan air yang diperlukan.

DAFTAR PUSTAKA

Beiser, A. 1983. Applied Physics. McGraw-Hill Book Company. Singapore.

Cengel, Y.A. dan M.A.Boles. 1998. Thermodynamics. An Engineering Aproach. McGraw-Hill, Boston. Eastop, T.D dan A.McConcey. 1982. Applied Thermodynamics for Engineering Technologists SI Unit.

Longman, London and New York.

Ferdiansyah, S.W. 2001. Simulasi Pengeringan Padi Tipe Kontinyu Aliran Silang. Skripsi. Universitas Brawijaya. Malang

Lestanti, D.E. 2003. Studi Redistilasi Minyak Nilam (Patchouli Oil) dengan Menggunakan Tekanan Vakum (Kajian dari Suhu dan Penambahan Air). Skripsi. Universitas Brawijaya. Malang.

LAMPIRAN

Lampiran 1. Diagram psikrometrik ASHRAE no. 1 pada tekanan 1 atm sebagai acuan untuk Bab 7 dan

Bab 8

Lampiran 2. Diagram psikrometrik ASHRAE Satuan Internasional pada tekanan 1 atm. Digunakan untuk acuan Bab 7 dan Bab 8

Lampiran 4. Tabel uap jenuh berbasis tekanan

Lampiran 4 (lanjutan)

Lampiran 5. Tabel uap superpanas Lampiran 5 (lanjutan)

Lampiran 5 (lanjutan)

Lampiran 5 (lanjutan)

Lampiran 5 (lanjutan)

[1] Panas telah dianggap sebagai suatu fluida (dikenal sebagai kalori) oleh para ilmuawan dalam abab ke 18, dan panas tidak

ditunjukan sebagai bentuk energi hingga Joule, kirakira 1840, telah membuktikan dengan sederetan percobaan bahwa panas dan kerja saling menguntungkan dari satu dengan yang lain dapat ditransformasikan. Konsep panas sebagai suatu fluida terlihat asing sekarang, tetapi teori ini telah digunakan untuk menerangkan banyak fenomena, dan teori tersebut telah dipercaya secara luas sebelum adanya eksperimen yang dilakukan Joule