Psychrometric chart

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Dasar teori

2.1.2. Psychrometric chart

Psychrometric Chart adalah grafik yang digunakan untuk menentukan

properti-properti udara pada keadaan tertentu. Untuk mengetahui nilai properti udara seperti entalpi (h), kelembapan relatif (RH), spesifik volume (SpV),

kelembapan spesifik (W), suhu udara basah (Twb), suhu udara kering (Tdb), dan suhu titik embun (Tdp) pada keadaan tertentu dapat diperoleh apabila minimal dua properti sudah diketahui. Misalnya untuk keadaan udara pada suhu kering (Tdb) dan suhu basah (Twb) tertentu, maka nilai h, RH, SpV, W, dan Tdp dapat ditentukan, dengan mempergunakan psychrometric chart.

Gambar 2.4 Psychrometric Chart

( Sumber : http://carrier-psychrometric-chart-pdf-bidseven-8.html) 2.1.2.1. Parameter-Parameter pada Psychrometric Chart

Parameter-parameter udara dalam psychrometric chart antara lain : (a)

dry-bulb temperature (Tdb), (b) wet-bulb temperature (Twb), (c) dew-point temperature (Tdp), (d) specific humadity (W), (e) volume spesific (SpV), (f) relative humidity (RH).

a. Dry-Bulb Temperature (Tdb)

Dry-Bulb Temperature adalah suhu udara bola kering yang diperoleh

dalam keadaan kering (bulb dari termometer tidak dibasahi dengan air). b. Wet-Bulb Temperature (Twb)

Wet-bulb temperature adalah suhu udara bola basah yang diperoleh melalui

pengukuran dengan menggunakan termometer dengan kondisi bulb dalam keadaan kering (bulb dari termometer diselimuti kain basah).

c. Dew-Point Temperature (Tdp)

Dew-point temperature adalah nilai suhu dimana udara tidak dapat lagi

menerima uap air karena sudah jenuh atau dapat diartikan suhu dimana uap air di dalam udara mengalami proses pengembunan ketika udara didinginkan (suhu titik embun dari uap air yang ada di udara).

d. Spesific Humidity (W)

Spesific humidity adalah massa kandungan uap air di dalam setiap satu

kilogram udara kering (^{kg air}/kg udara kering). e. Volume Specific (SpV)

Volume specific adalah volume udara campuran dengan satuan meter kubik

per kilogram udara kering, dapat juga dikatakan sebagai meter kubik udara kering atau meter kubik campuran per kilogram udara kering.

f. Relative Humidity (RH)

Relative humidity adalah perbandingan jumlah air yang terkandung dalam 1

m³ dengan jumlah air maksimal yang dapat terkandung dalam 1 m³ tersebut, yang dinyatakan dengan persen.

Gambar 2.5 Parameter-parameter pada psychrometric chart ( Sumber : https://www.slideshare.net/manojpj77/2-psychrometric-chart) 2.1.2.2. Proses-Proses pada Psychrometric Chart

Proses-proses yang terjadi pada Psychrometric Chart antara lain : (a) proses pendinginan dan penurunan kelembapan (cooling and dehumidifying), (b) proses pemanasan (sensible hating), (c) proses pendinginan dan penaikkan kelembapan (cooling and humidifying atau evaporating cooling), (d) proses pendinginan (sensible cooling), (e) proses penaikkan kelembapan (humidifying), (f) proses penurunan kelembaan (dehumidifying), (g) proses pemanasan dan penurunan kelembapan (heating and dehumidifying atau chemical dehumidifiying), (h) proses pemanasan dan penaikkan kelembapan (heating and humidifying).

a. Proses pendinginan dan penurunan kelembapan (cooling and dehumidifying) Proses pendinginan dan penurunan kelembapan adalah proses penurunan kalor sensibel dan penurunan kalor laten udara. Pada proses pendinginan dan penurunan kelembapan terjadi penurunan temperatur bola kering, terperatur bola basah, penurunan entalpi, penurunan volume spesifik, penurunan temperatur titik embun, dan penurunan kelembapan spesifik. Sedangkan kelembapan relatif dapat mengalami peningkatan dan dapat mengalami penurunan, tergantung dari prosesnya. Gambar 2.7 menyajikan proses cooling and dehumadifying pada

pshycrometric chart.

Gambar 2.7 Proses Cooling and Dehumidifying b. Proses pemanasan (sensible heating)

Proses pemanasan adalah proses penambahan kalor sensibel ke udara. Pada proses pemanasan, terjadi peningkatan : temperatur bola kering, temperatur bola basah, entalpi, dan volume spesifik. Sedangkan temperatur titik embun dan kelembapan spesifik tetap konstan. Namun kelembapan relatif mengalami penurunan. Gambar 2.8 menyajikan proses sensible heating pada psychrometric

chart.

Twb1

Tdb2 Tdb1

Twb2 W1

Gambar 2.8 Proses sensible Heating

c. Proses pendinginan dan penaikkan kelembapan (cooling and humidifying) Proses pendinginan dan penaikkan kelembapan berfungsi untuk menurunkan temperatur dan menaikkan kandungan uap air di udara. Proses ini menyebabkan perubahan suhu temperatur bola kering, temperatur bola basah, dan kelembapan spesifik. Pada proses ini, terjadi penurunan temperatur bola kering dan volume spesifik. Selain itu, terjadi peningkatan temperatur bola basah, titik embun, kelembapan relatif, dan kelembapan spesifik. Gambar 2.9 menyajikan proses

cooling and humidifying pada psychrometric chart.

Gambar 2.9 Proses Cooling and Humidifying

Twb1 Tdb2 Tdb1 Twb2 W Twb1 Tdb2 Tdb1 Twb2 W1 W2

d. Proses pendinginan (sensible cooling)

Proses pendinginan adalah proses pengambilan kalor sensibel dari udara sehingga udara mengalami penurunan. Pada proses pendinginan, terjadi penurunan pada suhu bola kering, suhu bola basah, dan volume spesifik. Namun, terjadi peningkatan pada kelembapan relatif. Pada kelembapan spesifik dan suhu titik embun tidak terjadi perubahan atau konstan. Garis proses pada Psychrometric

chart adalah garis horizontal ke arah kiri. Gambar 2.10 menyajikan proses sensible cooling pada psychrometric chart.

Gambar 2.10 Proses Sensible Cooling e. Proses penaikkan kelembapan (humidifying)

Proses penaikkan kelembapan merupakan penambahan kandungan uap air ke udara tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi kenaikan entalpi, suhu bola basah, titik embun, dan kelembapan spesifik. Garis proses pada psychrometric

chart adalah haris vertikal ke arah atas. Gambar 2.11 menyajikan proses humidifying pada psychrometric chart.

Twb1

Tdb2 Tdb1

Twb2

Gambar 2.11 Proses Humidifying f. Proses penurunan kelembapan (dehumidifying)

Proses penurunan kelembapan merupakan proses pengurangan kandungan uap air pada udara tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi penurunan entalpi, suhu bola basah, titik embun dan kelembapan spesifik. Garis proses pada

psychrometric chart adalah garis vertikal ke arah bawah. Gambar 2.12 menyajikan

proses kelembapan dehumadifying pada psychrometric chart.

Gambar 2.12 Proses Dehumidifying

g. Proses pemanasan dan penurunan kelembapan (heating and dehumidifying) Proses pemanasan dan penurunan kelembapan berfungsi untuk menaikkan suhu bola kering dan menurunkana kandungan uap air pada udara. Pada proses ini

Twb1 Tdb Twb2 w1 w2 Twb1 Tdb Twb2 w1 w2

terjadi penurunan kelembapan spesifik, entalpi, suhu bola basah, dan kelembapan relatif. Akan tetapi terjadi peningkatan suhu bola kering. Garis proses pada

psychrometric chart adalah ke arah kanan bawah. Gambar 2.13 menyajikan proses heating and dehumadifying pada psychrometric chart.

Gambar 2.13 Proses Heating and Dehumidifying

h. Proses pemanasan dan penaikkan kelembapan (heating and humidifying) Pada proses ini udara dipanaskan disertai dengan penambahan uap air. Pada proses ini terjadi kenaikkan kelembapan spesifik, entalpi, suhu bola basah, dan suhu bola kering. Garis pada psychrometric chart adalah ke arah kanan atas. Gambar 2.14 menyajikan proses heating and humidifying pada psychrometric

chart.

Gambar 2.14 Proses Heating and Humidifying

Twb1 Tdb2 Tdb1 Twb2 w1 w2 Twb1 Tdb2 Tdb1 Twb2 w1 w2

2.1.2.3. Proses-Proses yang terjadi pada Mesin Destilasi Air dari Udara

Pada Gambar 2.15 menunjukkan proses-proses yang terjadi di dalam mesin destilasi air dari udara. Pertama adalah proses pemadatan udara menggunakan dua buah kipas yang berada di depan evaporator yang berfungsi untuk menambah tingkat kelembapan spesifik udara pada ruangan yang telah didesain sedemikian rupa, tujuannya agar kadar air di dalam udara menjadi bertambah. Kemudian dilanjutkan dengan proses pendinginan di evaporator yang disertai dengan dehumidifikasi. Pada proses ini suhu udara menjadi dingin karena udara tersebut kalornya diserap ketika bersentuhan langsung dengan pipa-pipa bersirip pada evaporator. Di dalam pipa evaporator tersebut terdapat refrigerant dengan suhu sangat rendah, hal ini mengakibatkan kadar air di dalam udara menjadi berkurang, karena terjadi proses kondensasi. Air kondensasi kemudian menetes keluar dari evaporator. Udara dingin yang keluar dari evaporator diarahkan ke kondensor. Proses yang terakhir adalah proses pemanasan udara (sensible heating). Pada proses ini terjadi peningkatan suhu udara, karena suhu kondensor sangat tinggi. Setelah udara melewati kondensor, udara tersebut dibuang ke udara luar. Tujuan udara dilewatkan kondensor adalah untuk mendinginkan kondensor.

Keterangan Gambar 2.15 :

A : Udara lingkunagan B : Tempat pemampatan udara C : Evaporator D : Pipa kapiler

E : Kompresor dan kondensor F : Gelas ukur

Gambar 2.15 Proses-proses yang terjadi pada mesin destilasi air dari udara 2.1.2.4. Proses Udara yang terjadi pada Mesin Destilasi Air dari Udara pada

Psychrometric Chart.

Proses perlakuan udara yang terjadi di dalam mesin destilasi air dari udara pada psychrometric chart disajikan dalam Gambar 2.16 proses perlakuan udara meliputi : (a) proses heating and humidifying, (b) proses pendinginan udara

(sensible cooling), (c) proses pendinginan dan pengembunan uap air dari udara

(cooling and dehumidifying), (d) proses pemanasan udara (sensibel heating).

Gambar 2.16 Proses udara yang terjadi di dalam mesin destilasi air dari udara pada Psychrometric Chart

D B C A E WA WB Tadp Tevap F Tkond F 1 4 A C B E D P1(evap) P2(cond) 3 2 1 4

Keterangan Gambar 2.16 : a. A-B

Proses dari A ke B adalah proses pemanasan dan penaikan kelembapan spesifik udara. Pada proses ini dibantu oleh kipas yang berfungsi untuk memadatkan udara. Proses pemadatan udara ini menyebabkan kenaikkan kelembapan spesifik dan suhu udara kering.

b. B-C

Proses B ke C adalah proses pendinginan udara yang dilakukan oleh evaporator. Suhu udara menurun dengan nilai kelembapan spesifik tetap. Suhu udara bergerak ke arah suhu titik embun udara (Tadp).

c. C-D

Proses dari C ke D adalah proses pendinginan dan pengembunan udara yang dilakukan oleh evaporator. Proses berlangsung pada kelembaan udara relative 100%. Nilai kelembapan spesifik menjadi menurun.

d. D-E

Proses dari D ke E adalah proses pelepasan kalor yang dilakukan oleh kondensor. Pada proses ini, tujuanya agar suhu kerja kondensor tidak terlalu tinggi.

2.1.2.5. Proses-Proses Perhitungan pada Psychrometric Chart

Dari data yang diperoleh di dalam penelitian dan dengan mempergunakan

psychrometric chart dapat dihitung : (a) Laju aliran massa air yeng diembunkan,

(b) Besarnya perubahan kandungan uap air persatuan massa udara, (c) Laju aliran massa udara, (d) Debit aliran udara.

Laju aliran massa air yang diembunkan dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.1).

𝑚 ̇

_𝑎𝑖𝑟

=

^𝑚 𝑎𝑖𝑟

𝛥𝑡 ^{. . . (2.1)}

Pada Persamaan (2.1) :

ṁ air : Laju aliran massa air (^kg/jam)

m air : Jumlah air yang dihasilkan (kg) ∆t : Selang waktu yang diperlukan (jam)

b. Besarnya perubahan kandungan uap air persatuan massa udara (∆W)

Besarnya kandungan uap air persatuan massa udara dapat dihitung dengan Persamaan (2.2).

∆w = wBC-wDE . . . (2.2)

Pada Persamaan (2.2) :

∆w : Pertambahan kadungan uap air (kgair/kgudara)

wBC : Kelembapan spesifik udara masuk evaporator (kgair/kgudara) wDE : Kelembapan spesifik udara keluar evaporator (kgair/kgudara) c. Laju aliran massa udara (𝑚̇udara)

Laju aliran massa udara dapat dihitung dengan Persamaan (2.3). 𝑚̇_{𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎} = ^ṁ𝑎𝑖𝑟

𝑤𝐵𝐶−𝑤𝐷𝐸 . . . (2.3) Pada Persamaan (2.3) :

wBC : Kelembapan spesifik udara masuk evaporator (kgair/kgudara) wDE : Kelmebapan spesifik udara keluar evaporator (kgair/kgudara)

ṁ air : Laju aliran massa air (kgudara/jam) d. Debit aliran udara (𝑣̇)

Debit aliran udara dapat dihitung dengan Persamaan (2.4).

𝑣̇ =

^{𝑚 ̇}𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎

𝜌_{𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎} ^{. . . (2.4)}

Pada Persamaan (2.4) :

𝑣̇ : Debit aliran udara (m³ / jam)

𝑚̇udara : Laju aliran massa udara (kgudara / jam) 𝜌udara : Massa jenis udara (1,2 kgudara / m³)

2.1.3. Siklus Kompresi Uap pada Mesin Destilasi Air dari Udara