MATERI : WETTED WALL COLUMN KELOMPOK: 6 / KAMIS
ANGGOTA : 1. ABRAR HARIST (21030112120011) 2. LUH ASTLA DIVA SAVITRI (21030112140183) 3. NITA ARIANI (21030112120022)
LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
MATERI : WETTED WALL COLUMN KELOMPOK: 6 / KAMIS
ANGGOTA : 1. ABRAR HARIST (21030112120011) 2. LUH ASTLA DIVA SAVITRI (21030112140183) 3. NITA ARIANI (21030112120022)
LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
LAPORAN RESMI
LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS DIPONEGORO
Materi : Wetted Wall Column
Kelompok : 6 / Kamis
Anggota : 1. Abrar Harist (21030112120011) 2. Luh Astla Diva Savitri (21030112140182) 3. Nita Ariani (21030112120022)
Semarang, 02 Desember 2014 Mengesahkan,
Dosen Pembimbing
Ir. Hantoro Satriadi, M.T. NIP. 19600115 198810 1 001
Wetted Wall Column (WWC) merupakan suatu alat kolom dinding terbasahi dimana di dalamnya terjadi perpindahan massa dari fase cair ke fase gas. Praktikum ini dilakukan untuk menentukan besarnya Kgl dalam berbagai kondisi operasi serta hubungan antara bilangan tak berdimensi NRe dan NSh.
Pada dasarnya susunan WWC terdiri dari tiga bagian utama, yaitu kolom perpindahan massa, sistem aliran dan pengukuran fase gas serta sistem aliran dan pengukuran fase cair. Humidifikasi adalah proses perpindahan air dari fase cair ke dalam campuran gas yang terdiri dari udara dan uap air karena adanya kontak antara cairan yang temperaturnya lebih tinggi dengan campurannya. Beberapa faktor bilangan yang mempengaruhi Kgl meliputi Laju alir, bilangan reynold (NRe),bilangan sherwood (NSh) dan faktor bentuk alat (L/D)
Percobaan ini dilakukan dalam dua tahap yaitu tahap persiapan dan tahap operasi. Tahap persiapan meliputi kalibrasi laju alir air dan udara menggunakan skala rotameter air dan udara. Alat wet test meter diisi 4 liter air kemudian dipasang pada pipa keluar kolom, atur skala rotameter udara lalu catat waktu untuk sekali putaran jarum, ulangi untuk skala lain. Untuk kalibrasi rotameter air dilakukan dengan mengalirkan air kran kemudian atur skala rotameter air, ukur volume air yang keluar selama 10 detik, ulangi untuk skala lain. Pada tahap operasi dilakukan dengan mengukur temperatur wet bulb dan dry bulb udara masuk dan udara keluar pada variabel laju alir air maupun udara. Termometer untuk wet bulb dibungkus kapas basah terlebih dahulu. Kemudian kedua termometer dimasukkan pada pipa udara masuk dan keluar. Pengukuran suhu dilakukan setiap 10 menit untuk setiap variabel skala.
Dari hasil percobaan diperoleh bahwa semakin besar laju alir air dan udara maka nilai Kgl semakin besar. Semakin besar laju alir air dan udara, nilai NRe yang diperoleh semakin besar. Hal ini menandakan aliran air dan udara semakin turbulen. Hubungan antara NSh dengan NRe adalah jika nilai NRe semakin besar maka nilai NSh juga semakin besar, dapat dinyatakan dengan persamaan NSh = 2.341 x 10-18 (NRe)5.4623 untuk air dan NSh = 5.007 x 108 (NRe)1.6876 untuk udara.
Saran untuk praktikum ini yaitu pengukuran Td dan Tw dilakukan dengan cermat dan kedua termometer tidak saling bersentuhan. Termometer yang digunakan untuk mengukur Tw ditutupi dengan kapas yang dibasahi dengan air secara merata. Termometer tidak saling bersentuhan dengan dinding pipa saat tahap pengoperasian.
Wetted Wall Column (WWC) is a wetted column where inside of this column occurs mass transfer from liquid phase to gas phase. The purpose of this experiment is to determine mass transfer coefficient (Kgl) in some variety of operating conditions and to assign relationship between dimensionless number, NRe and NSh.
Basically, WWC arrangement consists of three main parts that is mass transfer, flow measurement system of gas phase and flow measurement system of liquid phase. Humidification is a process of transfer water from the liquid phase into the gas mixture consisting of air and water vapor due to the contact between the liquid temperature is higher with the mixture. Some of the factors that influence the number of Kgl are Flow rate, Reynolds number (NRe), Sherwood number (NSh) and appliance form factor (L/D)
This experiment conducts in two steps: preparation step dan operation step. The preparation step includes water rotameter calibration air and air calibration with rotameter. Wet test meter is filled with 4 liters water then mounted on output pipe of the column, set the air rotameter scale and note the time for all round needle, repeat for the other scales. For water rotameter calibration performed by flowing water from the valve, set rotameter scale, measuring the volume of water that comes out for 10 seconds and repeat for the other scales. At the operation step performed by measuring the temperature of the wet bulb and dry bulb air in and air out at some variables flow rate of water and air. To the wet bulb thermometer wrapped in damp cotton wool first. Then the second thermometer inserted in output and input pipe. Temperature measurement is performed every 10 minutes for each variable scale.
From the experimental results obtained that greater of flow rate water and air, the value of Kgl obtained greater. Greater of flow rate water and air, the value of NRe obtained greater. This indicates the flow of water and air get turbulent. The relationship between NRe with NSh is greater value of NRe, the value of NSh obtained greater too. It can be expressed by the equation NSh = 2.341 x 10-18 (NRe)5.4623 for water and NSh = 5.007 x 108 (NRe)1.6876 for air.
Suggestions for this experiment is the measurement of Td and Tw is done carefully and the second thermometer not touch each other. Thermometer are used to measures Tw covered with cotton soaked with water evenly. Thermometer is not touching the pipe wall when the operation step.
Puji syukur penulis penjatkan kehadirat Allah SWT, yang atas rahmat-Nya maka penulis dapat menyelesaikan Laporan Resmi Praktikum Operasi Teknik Kimia dengan materi “ Wetted Wall Column”.
Dalam penulisan laporan resmi ini penulis merasa masih banyak kekurangan baik pada teknis penulisan maupun materi, mengingat akan kemampuan yang dimiliki penulis. Untuk itu kritik dan saran dari semua pihak sangat penulis harapkan demi penyempurnaan pembuatan makalah ini.
Dalam penulisan laporan resmi ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada pihak-pihak yang membantu dalam menyelesaikan laporan resmi ini, khususnya kepada : 1. Kedua orang tua kami yang selalu mendoakan dan menjadi penyemangat kami.
2. Ir. Hantoro Satriadi, M.T. selaku Dosen pembimbing Laboratorium Operasi Teknik Kimia.
3. Asisten-asisten laboratorium Operasi Teknik Kimia yang telah membimbing kami. 4. Laboran yang telah membantu dalam menyiapkan peralatan praktikum.
5. Teman-teman Teknik Kimia yang dapat bekerjasama dengan baik.
Akhir kata penulis berharap semoga laporan resmi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dengan menambah ilmu pengetahuan yang baru bagi pembaca.
Semarang, Desember 2014
HALAMAN JUDUL ... i LEMBAR PENGESAHAN .. ... ii INTISARI ... iii SUMMARY ... iv KATA PENGANTAR ... v DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... ix BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 1 1.3 Tujuan Percobaan ... 1 1.3 Manfaat Percobaan ... 1
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Humidifikasi ... 2
2.2 Wetted Wall Column ... 3
2.3 Bilangan Tak Berdimensi ... 4
2.4 Pengertian Tentang Koefisien Perpindahan Massa ... 5
2.5 Perpindahan Massa pada Wetted Wall Column ... 7
2.6 Teori Penetrasi ... 11
2.7 Teori Film ... 12
BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1 Bahan dan Alat yang Digunakan ... 13
3.2 Variabel Percobaan ... 13
3.3 Gambar Alat Utama ... 13
3.4 Respon ... 14
3.5 Data yang Dibutuhkan ... 14
3.6 Prosedur Percobaan ... 14
3.7 Analisis Hasil Percobaan ... 15
BAB 4 PEMBAHASAN 4.1 Hasil Percobaan ... 16
5.1 Kesimpulan ... 23 5.2 Saran ... 23 DAFTAR PUSTAKA ... 24 LAMPIRAN LAPORAN SEMENTARA LEMBAR PERHITUNGAN REFERENSI LEMBAR ASISTENSI
Gambar 2.1 Wetted Wall Column ... 3
Gambar 2.2 Pengaruh Koefisien Perpindahan Massa dari Fase Gas ke Fase Cair atau dari Fase Cair ke Fase Gas ... 5
Gambar 2.3 Penampang Membujur dari Wetted Wall Column untuk Bagian Dimana Perpindahan Massa Fase Diukur ... 7
Gambar 2.4 Teori Penetrasi ... 11
Gambar 2.5 Teori Film ... 12
Gambar 3.1 Alat Praktikum Wetted Wall Column ... 13
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Laju Alir Air terhadap Kgl Air ... 18
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Laju Alir Udara terhadap Kgl Udara ... 18
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Laju Alir Air terhadap NRe Air ... 20
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Laju Alir Udara terhadap NRe Udara ... 20
Gambar 4.5 Grafik Hubungan NRe Air terhadap NSh Air ... 21
Tabel 4.1 Hasil Kalibrasi Rotameter Udara ... 16
Tabel 4.2 Hasil Kalibrasi Rotameter Air ... 16
Tabel 4.3 Hasil Variabel Laju Alir Udara ... 17
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perpindahan massa antar fase hampir dijumpai disetiap proses dalam teknik kimia, sebagai contoh: ekstraksi cair-cair, leaching, distilasi, absorbsi, pengeringan, dan pendinginan. Kontak antar fase gas dan cairan dapat terjadi dalam berbagai cara, misalnya: peristiwa dimana cairan dilewatkan kedalam bentuk lapisan film yang bergerak melalui cairan gas dilewatkan melalui tray tower. Dengan adanya kontak antar gas dan cairan, maka akan terjadi perpindahan massa antara gas dan cairan. Oleh karena itu diperlukan koefisien perpindahan massa dari fase gas ke cairan (Kgg) atau sebaliknya (Kgl).
1.2 Rumusan Masalah
Praktikum WWC (Wetted Wall Column) merupakan praktikum yang membahas tentang perpindahan massa antar fasa, yaitu gas, dan cairan. Pada praktikum ini akan didapatkan besarnya koefisien perpindahan massa (Kgl), kondisi operasi (temperatur, tekanan, laju alir udara, dan laju alir air) yang mempengaruhi besarnya kgl dan nilai bilangan tak berdimensi yaitu pengaruh bilangan Reynold terhadap bilangan Sheerwood.
1.3 Tujuan Percobaan
1. Menentukan besarnya Kgl pada berbagai variabel operasi. 2. Menentukan pengaruh bilangan tak berdimensi NRe terhadap NSh.
1.4 Manfaat Percobaan
1. Mengetahui kondisi operasi yang mempengaruhi Kgl
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Humidifikasi
Humidifikasi adalah proses perpindahan/penguapan air dari fase cair ke dalam campuran gas yang terdiri dari udara dan uap air karena adanya kontak antara cairan yang temperaturnya lebih tinggi dengan campurannya. Dalam proses humidifikasi, tergantung pada beberapa parameter, diantaranya:
Temperature Dry Bulb
Temperature dry bulb adalah temperatur yang terbaca pada termometer terkena udara bebas namun terlindung dari radiasi dan kelembapan. Temperatur dry bulb sering disebut sebagai temperatur udara, sehingga tidak menujukkan adanya jumlah uap air di udara.
Temperature Wet Bulb
Temperature wet bulb adalah temperatur kesetimbangan yang dicapai apabila sejumlah kecil cairan diuapkan ke dalam jumlah besar campuran uap gas yang tidak jenuh. Metode yang dapat digunakan untuk mengukur temperature wet bulb adalah dengan menggunakan termometer yang diselubungi kapas atau kain basah kemudian dialirkan gas yang mempunyai properties T dry dan humidity H. Pada keadaan steady state, air akan menguap ke dalam aliran gas. Kapas atau kain basah akan mengalami pendinginan hingga suhu konstan. Suhu inilah yang disebut T wet bulb. Dalam penerapannya, T wet bulb digunakan untuk menentukan humidity dari campuran air-udara.
Dew point
Dew point adalah temperatur udara saat saturasi atau temperatur dimana uap air mulai mengembun ketika campuran udara dan uap air didinginkan.
Enthalpy
Enthalpy adalah banyaknya kalor (energi) yang ada dalam udara setiap satu satuan massa.
Relative humidity
Relative humidity adalah perbandingan antara fraksi mol uap dengan fraksi mol udara basah pada suhu dan tekanan yang sama (%).
Persen humidity
Persen humidity adalah besarnya kandungan uap air dalam udara kering. % humidity = 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑢𝑎𝑝 𝑎𝑖𝑟 (𝑏𝑎𝑠𝑖𝑠 𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔)
𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑢𝑟𝑎𝑛 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑎𝑛 𝑢𝑎𝑝 𝑎𝑖𝑟 𝑥 100%
Humidity dinyatakan dengan y. Nilai y dapat dicari dengan menggunakan diagram psikrometrik, dengan mengetahui nilai temperature dry bulb dan temperature wet bulb.
2.2 Wetted Wall Column
Gambar 2.1 Wetted Wall Column
Ketika dinding kolom dibasahi dan terisolasi dari lingkungannya sehingga sistem operasi merupakan sistem adiabatik dan cairan diresirkulasi dari bagian dasar kolom melalui reservoir ke puncak kolom, sistem operasi digambarkan sebagai humidifikasi adiabatik. Dalam keadaan ini, hubungan antara komposisi gas dan suhu gas dan cairan dapat dihitung dari termodinamika properti dan neraca massa dan energi. Berdasarkan pertimbangan, dinding kolom yang dibasahi sebagai humidifier adiabatik dengan ketentuan untuk kontrol suhu cairan di reservoir dan penambahan "make up" cairan ke reservoir pada suhu terkontrol. Asumsikan bahwa gas dan cairan seluruh sistem pada awalnya pada suhu yang sama. Massa dari cairan ditransfer sebagai proses penguapan, penurunan suhu yang diperlukan sebagai panas laten
penguapan. Suhu cairan yang jatuh di bawah suhu gas, panas ditransfer dari gas ke cairan. Dengan cara ini gas didinginkan dan dilembabkan.
Jika cairan masuk ke puncak kolom, harus dipertahankan pada suhu cairan keluar, tingkat suhu menurun cair, dan gradien suhu cairan melalui kolom menurun sedangkan suhu dan kelembaban gas yang masuk tetap konstan . Suhu gas yang keluar akan menurun karena suhu cairan berkurang karena kecepatan transfer panas yang lebih besar diperoleh dengan perbedaan besar dalam suhu antara gas dan cairan. Suhu gas buang akan selalu lebih tinggi dari cairan masuk. Proses pendinginan ini akan berlanjut sampai laju transfer panas dari gas ke cairan hanya setara dengan panas laten yang dibutuhkan untuk menguapkan cairan.
2.3 Bilangan Tak Berdimensi
Terdapat beberapa faktor bilangan yang mempengaruhi koefisien perpindahan massa (Kgl) diantaranya meliputi:
Bilangan Reynold (NRe)
Dalam mekanika fluida, bilangan Reynolds adalah rasio antara gaya inersia (vsρ) terhadap gaya viskos (μ/L) yang mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tersebut dengan suatu kondisi aliran tertentu. Bilangan ini digunakan untuk mengidentifikasikan jenis aliran yang berbeda, misalnya laminar dan turbulen. Dengan perumusan nilai bilangan sebagai berikut.
Re = 𝜌 𝑉𝑠 𝐿 µ = 𝑉𝑠 𝐿 𝜈 = 𝑔𝑎𝑦𝑎 𝑖𝑛𝑒𝑟𝑠𝑖𝑎 𝑔𝑎𝑦𝑎 𝑣𝑖𝑠𝑘𝑜𝑠 Dimana: Vs = kecepatan fluida L = panjang karakteristik
µ = viskositas absolut fluida dinamis ν = viskositas kinematis fluida: ν = µ/ ρ ρ = kerapatan (densitas) fluida
Bilangan Schmidt (NSc)
Bilangan Schmidt merupakan rasio dari momentum dan difusivitas massa. Bilangan ini digunakan untuk menentukan sifat aliran-aliran fluida dimana pada aliran tersebut proses konveksi-difusi momentum dan massa berlangsung secara simultan. Dengan perumusan sebagai berikut.
Sc = 𝑉
𝐷= µ 𝜌 𝐷
V = viskositas kinematis (µ/ ρ dalam satuan unit (m2/s) D = difusivitas massa (m2/s)
µ = viskositas dinamis dari aliran fluida (N.s/m2) ρ = densitas dari fluida (kg/m3)
Bilangan Sheerwood (NSh)
Bilangan Sheerwood (Nusselt) merupakan bilangan tak berdimensi yang digunakan untuk mengetahui besarnya koefisien transfer massa (Kgl) dimana merupakan rasio dari koefisien konveksi transfer massa dengan difusivitas transfer massa.
Sh = 𝐾 𝐿
𝐷
Dimana:
K = koefisien transfer massa (m/s)
L = panjang kolom perpindahan massa (m) D = difusivitas massa (m2/s)
2.4 Pengertian Tentang Koefisien Perpindahan Massa
Koefisien perpindahan massa adalah besaran empiris yang diciptakan untuk memudahkan persoalan-persoalan perpindahan massa antar fase, yang akan dibahas disini adalah koefisien perpindahan massa dari fase gas ke fase cair atau sebaliknya dari sifat-sifat zat untuk menekan. Hal ini dapat diperhatikan pada gambar di dasar ini:
Gambar 2.2 Pengaruh koefisien perpindahan massa dari fase gas ke fase cair atau dari fase cair ke fase gas
Koefisien perpindahan massa dipengaruhi oleh beberapa hal, diantaranya: 1. Kondisi Operasi
2. Kondisi Alat
Kondisi alat meliputi diameter dan tinggi/panjang alat. 3. Sifat Bahan
Sifat bahan dapat berupa densitas, viskositas, diffusivitas.
Bila terjadi perpindahan massa dari fase cair ke fase gas pada bidang selang film, gas – cair dalam hal ini adalah penguapan dari permukaan cairan ke permukaan atau aliran udara.
NAy = JAy + XA ( HAy + NBy) ………(1) Dimana :
Nay = fluks massa komponen A (dalam hal ini air) dalam arah y karena terbawa aliran fluida (gr mol/cm2 det)
NBy = fluks massa komponen B (dalam hal ini udara) dalam arah y karena dimana aliran fluida (gr mol/cm2 det)
XA = fraksi mol uap air difase gas yang merupakan fungsi dari y dan z JAy = fluks massa komponen A dalam arah y karena difusi molekuler
(gr mol/cm2 det)
Maka persamaan (1) dapat ditulis kembali sebagai berikut :
NAy – XA ( HAy + NBy ) = Jay……....………. (2) Menurut Hukum Fid pertama, maka
JAy = – C DAB XA / y………...….………(3)
Pemecahan persamaan (3) untuk menentukan besarnya JAy memerlukan persyaratan bahwa XA/y diketahui lebih dulu. Untuk memecahkan persoalan yang rumit pada aliran, maka penggunaan persamaan (3) akan sangat menyulitkan. Oleh karena itu, didefinisikan koefisien perpindahan massa.
JAy∝= kg. LoC ( XAo – XA )……….………….(4)
Dimana ( XAo – XA) adalah beda konsentrasi dan dinyatakan dengan fraksi mol dalam arah perpindahan massa y. Pendefinisian ( XAo – XA) ini menentukan definisi yang tepat dari kg, LoC (tanda LoC dari fase gas diganti huruf g). Pernyataan lokal disini dimaksudkan untuk menunjukkan bahwa kg dapat berbeda-beda dari satu posisi lain pada permukaan bidang selang perpindahan terjadi.
Agar lebih memudahkan pemakaian, maka didefinisikan Kg rata-rata yang dinyatakan dengan Kgl sebagai berikut :
Kgl = ∫ 𝐾𝑔 𝐿𝑜𝐶 𝑑𝑠 ∫ 𝑑𝑠𝑆𝑜𝑆 𝑆
Menurut definisi dipuncak maka Kgl = harga rata-rata kg . LoC untuk seluruh permukaan perpindahan massa J. Tentang ( XAo – XA) pada umumnya dilakukan pendefinisian sebagai berikut :
XAo = fraksi mol kompenan A pada fase gas tepat dipergunakan bidang selang XA = fraksi mol rata-rata komponen A, difase gas atau dengan rumus :
𝑋𝐴0 = 𝑋𝐴𝐿𝑜𝑐 𝑑𝐴
𝑑𝐴 ………. (6)
A = luas penampang aliran gas yang tegak lurus terhadap permukaan perpindahan massa XA = seperti didefinisikan dipuncakjuga sehingga “cap-muxing arrage” dari XA. LoC.
2.5 Perpindahan Massa pada Wetted Wall Coloumn
Guna menelaah perpindahan massa dalam wetted wall column, perhatikan gambar berikut ini:
Gambar 2.3 Penampang membujur dari wetted wall column untuk bagian dimana perpindahan massa fasa diukur/ditelaah
Kita tinjau sistem setinggi dz. Neraca material komponen A yang dilakukan terhadap segmen tersebut menghasilkan persamaan differensial sebagai berikut :
d(W . XA) / dz = JAy D ………....…………..(7) dimana, W = laju alir massa gas dalam arah z (gr mole/det)
Dengan menggunakan kenyataan bahwa penambahan laju alir massa dalam arah z hanyalah karena adanya fluks massa JAy maka dapat dituliskan hubungan sebagai berikut:
𝑑𝑊
Persamaan (7) dan (8) akan menghasilkan hubungan :
𝑊𝑑𝑋𝐴
𝑑𝑧 = (1 − 𝑋𝐴). 𝐽𝐴𝑌. 𝜋. 𝐷..………. (9)
Dengan menggunakan (4) maka persamaan (9) dapat diubah menjadi :
𝑑𝑋𝐴
(1−𝑋𝐴)(𝑋𝐴0−𝑋𝐴)=
𝑘𝑔.𝐿𝑜𝑐.𝜋.𝐷
𝑊 𝑑𝑧……….. (10)
Dalam menyelesaikan persamaan (10) maka perlu penganggapan bahwa XA rata-rata (lihat persamaan (6)), maka anggapan tersebut dapat digunakan. Selanjutnya dengan mengabaikan perubahan total dari W sepanjang kolom, mka integrasi persamaan (10) untuk Z = 0 sampai Z = L menghasilkan : ∫𝑧=0𝑧=𝐿𝑘𝑔.𝐿𝑜𝑐.𝜋.𝐷 𝜋.𝐷.𝐿 = 𝑊 𝐷.𝐿 ∫ 𝑑𝑋𝐴 𝑧=𝐿 𝑧=0 (1−𝑋𝐴)(𝑋𝐴0−𝑋𝐴)……….. (11)
Ruas kiri adalah definisi kg,l sedang ekspansi parsiil, ruas kanan dapat dengan mudah diintegrasikan.
𝑘𝑔𝑙 = 𝑊
𝜋.𝐷.𝐿.(1−𝑋𝐴0)= ln
(𝑋𝐴0−𝑍𝐴)0 (1−𝑋𝐴)
(𝑋𝐴0−𝑍𝐴)1 (1−𝑋𝐴) …….… (12) Dengan persamaan ini maka kgl dapat ditentukan dari data percobaan.
Korelasi empiris dimensi dapat diketahui bahwa kg,l dipengaruhi oleh NRe, NSc, dan factor geometris kolom (L/D). Pengaruh faktor-faktor tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut:
NSh = 𝐾𝑔𝑙 𝐷𝑥
𝐶 𝐷𝐴𝐵 = 𝑓(𝑁𝑅𝑒, 𝑁𝑆𝑐, 𝐿
𝐷)……….. (13)
NRe = bilangan Reynold untuk aliran gas NSc = bilangan Schmidt untuk fasa gas
L/D = perbandingan panjang kolom terhadap diameter kolom
Suatu proses dimana terjadi suatu perpindahan suatu unsur pokok dari daerah yang berkonsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah dinamakan perpindahan massa, Perpindahan massa yang terjadi dari suatu unsur yang berkonsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah dipengaruhi oleh ciri aliran liquid, seperti pada kasus heat transfer, mekanisme perpindahan massa terjadi dengan cepat. Jika sejumlah campuran gas yang terdiri dari dua jenis molekul atau lebih, dimana konsentrasi masing-masing berbeda, maka masing-masing molekul ini cenderung menuju ke komposisi yang sama seragam. Proses ini terjadi secara alami. Perpindahan massa makroskopis ini tidak tergantung pada konveksi dalam sistem. Proses ini didefinisikan sebagai difusi molekul.
Pada persamaan perpindahan massa ditunjukkan hubungan antara flux dari substan yang terdifusi dengan gradient konsentrasi.
JA,Z = - DAB 𝑑𝜏𝐴
𝑑𝑍
Dimana JA,Z merupakan molar flux pada Z, merupakan perubahan konsentrasi serta DAB adalah diffusivitas massa atau koefisien diffusivitas komponen A yang terdifusi melalui komponen B. Karena perpindahan masssa atau diffui hanya terjadi dalam campuran, maka pengaruh dari tiap komponen harus diperhitungkan. Misalnya, untuk mengetahui laju diffusi dari setiap komponen relative terhadap kecapatan campuran. Kecepatan campuran harus dihitung dari kecepatan rata-rata tiap komponen.
Persamaan diatas dikenal dengan persamaan Frek’s law, dimana DAB adalah koefisien diffusivitas. Koefisien diffusivitas tergantung pada:
1. Tekanan 2. Temperatur 3. Komposisi Sistem
Koefisien diffusivitas masing-masing fase berbeda-beda. Koefien diffusivitas untuk gas lebih tinggi, yaitu antara 5.10-6 – 10-5 m2/s , untuk liquid 10-10 – 10-9 m2/s dan untuk solid
10-14 -10-10 m2/s.
Perpindahan massa konvektif termasuk perpindahan antara fluida yang bergerak atau dua fluida yang bergerak yang tidak tercampur. Model ini tergantung pada mekanisme perpindahan dan karakteristik gerakan fluida. Persamaan laju perpindahan massa konvektif sebagai berikut:
NA = kτ ∆τA Dimana, NA = peprindahan massa molar zat A
ΔτA = perbedaan konsentrasi antara permukaan dengan konsentrasi rata-rata fluida kτ = koefien perpindahan massa konvektif
Mekanisme perpindahan massa antar permukaan dan fluida termasuk perpindahan massa molekul melalui lapisan tipis fluida stagnan dan aliran laminar.
Beberapa operasi perpindahan massa yang termasuk difusi suatu komponen gas ke suatu komponen yang tidak berdifusi anatara lain adalah absorbsi dan humidifikasi. Persamaan yang digunakan untuk menggambarkan koefisien perpindahan massa konvektif adalah:
𝑁𝐴𝑍 =
𝐷𝐴𝐵. 𝑃. 𝑃𝐴1. 𝑃𝐴2
𝑅. 𝑇. (𝑍2− 𝑍1). 𝐿𝑛𝑃𝐵
Dimana:
DAB = diffuisivitas P = tekanan R = konstanta gas T = temperature Z = jarak
Persamaan ini diperoleh dari teori lapisan atau film theory, dimana gas melewati permukaan liquid. Teori lapisan ini didasarkan pada model dimana tahanan untuk berdifusi dari permukaan liquid ke aliran gas diasumsikan terjadi dalam suatu stagnan film atau laminar film tebal. Dengan kata lain, menunjukkan tebal lapisan liquid.
1. Transfer massa dari gas ke film falling liquid 2. Transfer massa dalam wetted wall column
Kebanyakan data dari transfer massa antara diameter pipa dan aliran fluida telah ditentukan dengan menggunakan wetted wall columns. Alasan mendasar untuk menggunakan kolom-kolom ini untuk penyelidikan transfer massa adalah untuk mengontakkan luas area antara 2 fase sehingga dapat dihitung dengan tepat.
Koefisien transfer massa konvektif untuk jatuhnya liquid film dikorelasikan oleh Vivian dan pecamenet dengan korelasi:
𝐾𝑙𝑍 𝐷𝐴𝐵 = 0,433 (𝑆𝑐)12[𝜌 2𝑔𝑍3 𝜇2 ] 1 6 (𝑅𝑒)0,4 Dimana: Z = panjang
DAB = diffuisivitas massa antara komponen A dan B ρ = densitas liquid B
μ = viskositas liquid B g = percepatan gravitasi
Sc = schimdt number (dievaluasikan pada tempeartur film liquid) Re = Bilangan Reynold
2.6 Teori Penetrasi
Teori penetrasi yang dinyatakan oleh Trey Ball menyatakan kontak 2 fluida. Pada gambar (a) gelembung gas membesar melalui liquid yang mengabsorbsi gas. Partikel liquid
mula-mula berada di puncak gelembung dimana partikel liquid siap sepanjang permukaan gelembung. Pada gambar (b) terlihat dimana liquid dengan gerakan turbulen memperlihatkan arus eddy konstan.
Gambar 2.4 Teori Penetrasi
Mula-mula partikel gas terlarut tidak seragam dan mula-mula arus eddy dianggap diam, jika arus eddy dibiarkan berkontak dengan gas pada permukaannya, konsentrasi liquid
permukaan gas Ca yang berada pada kelarutan keseimbangan gas dari liquid selama partikel
liquid menjadi penentu difusi unsteady state atau penetrasi solute pada arah Z.
Untuk waktu yang pendek dan difusinya berlangsung pelan di dalam molekul solute
yang larut tidak pernah mencapai kedalaman Zp sesuai dengan ketebalan arus eddy. Keadaan puncak yang ada pada fenomena transfer massa dalam dinding kolom yang dibasahi adalah : CA0 pada 9 = 0 , untuk semua Z
CA pada Z = 0 , 9 > 0
2.7 Teori Film
Gambar di bawah ini memperlihatkan cairan yang sedang jatuh pada lapisan (film) dengan aliran laminer ke dasar pada permukaan rotameter yang vertikal berkontak dengan gas A yang larut ke dalam cairan dengan konsentrasi A yang seragam CA0 dari pada A pada puncaknya.
Gambar 2.5 Teori Film
Pada permukaan cairan, konsentrasi gas terlarut CA, yang berada dalam keseimbangan dengan tekanan A pada fase gas karena CA > CA0 gas terlarut ke dalam cairan. Koefisien perpindahan massa Kgl dengan sejumlah gas terlarut setelah liquid terjenuh sejauh L dan dihitung.
Masalah ini dapat dipecahkan dengan penyelesaian simultan persamaan kontinuitas. Untuk komponen A dengan persamaan yang menggambarkan liquid yaitu persamaan laminer. Persamaan simultan dan jumlah persamaan diferensial partikel menjadi lebih mudah dengan beberapa asumsi :
1. Tidak ada reaksi kimia
2. Pada arah A kondisinya tidak berubah 3. Kondisinya steady state
4. Kecepatan adsorbsi gas sangat kecil.
5. Difusi A pada arah yang diabaikan dibandingkan dengan gerakan ke dasar. 6. Sifat-sifat fisiknya constan
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Bahan dan Alat yang Digunakan 3.1.1 Bahan
1. Udara 2. Air 3.1.2 Alat
1. Wetted Wall Column 2. Wet Test Meter
3. Termometer 4. Stopwatch 5. Gelas ukur
3.2 Variabel Percobaan
Variabel Tetap : Waktu Kalibrasi Air = 10 detik Volume Wet Test Meter = 4 Liter
Laju Alir Udara Tetap pada skala rotameter udara = 1100 Laju Alir Air Tetap pada skala rotameter air = 80
Variabel Berubah : Laju Alir dengan Rotameter Udara = 900, 1000, 1100, 1200, 1300 Laju Alir dengan Rotameter Air = 60, 70, 80, 90, 100
3.3 Gambar Alat Utama
3.4 Respon
1. Kalibrasi Rotameter Air
Volume air yang ditampung (ml) dan waktu 10 detik pada setiap laju alir. 2. Kalibrasi Rotameter Udara
Waktu yang dibutuhkan (detik) untuk 1 kali putaran dengan volume wet test meter 4 L.
3. Tahap Operasi
Suhu (0C) Wet Bulb dan Dry Bulb di dasar dan puncak kolom pada variabel laju alir air dan variabel laju alir udara pada waktu 10 menit.
4. Analisa Data Hasil Percobaan Mahasiswa diharapkan dapat :
a) Membuat kurva hubungan koefisien transfer massa (kgl) dengan laju alir dan dapat menyelesaikan fenomena-fenomena yang terjadi
b) Mengetahui pengaruh Nre terhadap Nsh
c) Mencari konstanta a dan b persamaan bilangan tak berdimensi yang telah disusun
3.5 Data yang Dibutuhkan
1. Waktu untuk 1 kali putaran jarum wet test meter (sekon) 2. Volume air selama 10 detik (ml)
3. Td dan Tw input
4. Td dan Tw output
3.6 Prosedur Percobaan
Pelaksanaan pekerjaan dapat dibagi dalam dua tahap yaitu tahap persiapan dan tahap operasi.
A. Tahap Persiapan
1. Kalibrasi Rotameter Udara
Menjalankan rotameter udara
Mengisi wet test meter volume 4 liter dengan air sehingga putaran jarum konstan
Memasang wet test meter dengan air sehingga putaran jarum konstan
Mengatur skala rotameter pada penunjukkan waktu tertentu (use valve)
Menhitung waktu yang diperlukan jarum untuk satu putaran
Ulangi langkah di atas untuk skala rotameter udara yang lain 2. Kalibrasi Rotameter Air
Mengalirkan air dengan membuka kran pada jarak tertentu
Membaca skala rotameter pada penunjuk tertentu
Mengalirkan air selama 10 detik dan menampung airnya untuk mengetahui volumenya
Mengukur volume air
Mengulangi sampai 3x
Mengulangi langkah diatas untuk skala rotameter yang lain B. Tahap Operasi
1. Mengalirkan air dari kran air pada penunjukkan skala rotameter tertentu 2. Mengalirkan udara pada penunjukkan skala rotameter udara tertentu
3. Mengukur suhu wet bulb (ujung termometer diselubungi kapas basah) dan dry bulb
pada puncak dan dasar kolom
4. Membaca dan mencatat suhu pada termometer 5. Ulangi langkah 1-4 sebanyak 4 skala lainnya
3.7 Analisa Hasil Percobaan
1. Dari percobaan didapat data Td dan Tw pada input serta Td dan Tw pada output
2. Dengan menggunakan Diagram Psychrometric didapat nilai Y (humidity)
3. Perhitungan Kgl Kgl = 𝑊
𝜋 𝐷 𝐿ln
𝑋∗𝐴1−𝑋𝐴1 𝑋∗ 𝐴2−𝑋𝐴2
dimana X*A1 plot Tw in , XA1 = Ym dan X*A2 plot Tw out , XA2 = Yk 4. Perhitungan NSh
NSh = 𝐾𝑔𝑙 𝑃𝑚 𝑅 𝑇 𝐷
𝑃𝑡2𝐷 𝐴𝐵
NSh = a (NRe) b ; a dan b dicari dengan metode Least Square 5. Perhitungan Prosentase Kesalahan
% kesalahan = ∑
| (𝑁𝑆ℎ)ℎ−(𝑁𝑆ℎ)𝑝 | (𝑁𝑆ℎ)ℎ
BAB IV
HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Percobaan
Tabel 4.1 Hasil Kalibrasi Rotameter Udara ( volume air = 4 L )
Skala Waktu / putaran (s) Rata-rata (s) Q Udara
(m3/s) I II III 900 24 24 25.3 24.43 0.0001637 1000 17.1 17 16.8 16.97 0.0002357 1100 14 14.8 14.6 14.77 0.0002708 1200 14.1 14.6 14.4 14.57 0.0002745 1300 14.4 14.5 14.4 14.43 0.0002772
Tabel 4.2 Hasil Kalibrasi Rotameter Air ( t = 10 s )
Skala Volume air (ml) Rata-rata
(ml) Q Air (m 3/s) I II III 60 185 180 185 183.33 0.000018333 70 215 210 210 211.67 0.000021167 80 250 245 250 248.33 0.000024833 90 260 260 270 263.33 0.000026333 100 290 295 305 296.67 0.000029667
Tabel 4.3 Hasil Variabel Laju Alir Udara ( skala rotameter air tetap = 80 ) Skala Td in (oC) Tw in (oC) Td out (oC) Tw out (oC) Kgl NRe NSh 900 33.3 25.9 29.1 25.5 -4.501 x 10-6 1330.46 8.3 x 1013 1000 34.5 25.9 29.8 25.5 7.013 x 10-6 1915.33 2.6 x 1014 1100 34.5 25.9 29.5 25.3 5.621 x 10-6 2200.62 2.1 x 1014 1200 34.5 26.5 30.1 25.4 5.195 x 10-6 2230.83 1.9 x 1014 1300 34.7 25.9 29.8 25.4 2.881 x 10-5 2525.42 2.1 x 1014
Tabel 4.4 Hasil Variabel Laju Alir Air ( skala rotameter udara tetap = 1100 ) Skala Td in (oC) Tw in (oC) Td out (oC) Tw out (oC) Kgl NRe NSh 60 32 25.5 28.5 24.7 -1.26 x 10-6 148.97 2.85 x 10-6 70 31.5 25.5 29.0 25.8 1.051 x 10-6 171.99 4.67 x 10-6 80 32.1 26.0 28.5 25.3 1.401 x 10-6 201.79 2.53 x 10-6 90 32.5 25.5 29.0 25.5 1.446 x 10-6 213.97 6.48 x 10-6 100 31.5 25.0 29.2 25.4 2.798 x 10-6 241.07 8.37 x 10-5
Hubungan NRe dan NSh
Pada variabel laju alir udara : NSh = 5.007 x 108 (NRe)1.6876
Pada variabel laju alir air : NSh = 2.341 x 10-18 (NRe)5.4623 Persen Kesalahan Rata-rata
Pada variabel laju alir udara : 14.76 %
4.2 Pembahasan
4.2.1 Pengaruh Hubungan Laju Alir terhadap Kgl
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Laju Alir Air terhadap Kgl Air
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Laju Alir Udara terhadap Kgl Udara
Dari gambar 4.1 dan gambar 4.2 hubungan antara laju alir terhadap Kgl pada air dan udara terlihat bahwa semakin besar laju alir air maka nilai Kgl air semakin besar pula karena bertambahnya debit air. Kgl merupakan koefisien perpindahan massa cair gas. Semakin besar
y = 0,7975x - 2E-05 R² = 0,1786 -1,50E-05 -1,00E-05 -5,00E-06 0,00E+00 5,00E-06 1,00E-05 1,50E-05
0,00E+00 5,00E-06 1,00E-05 1,50E-05 2,00E-05 2,50E-05 3,00E-05 3,50E-05
K
gl
ai
r
Laju alir air (m3/s)
Laju alir air vs Kgl air
y = 0,1676x - 3E-05 R² = 0,4315 -1,00E-05 -5,00E-06 0,00E+00 5,00E-06 1,00E-05 1,50E-05 2,00E-05 2,50E-05 3,00E-05 3,50E-05
0,00E+00 5,00E-05 1,00E-04 1,50E-04 2,00E-04 2,50E-04 3,00E-04
K gl u d ar a
Laju alir udara (m3/s)
laju alir maka semakin banyak massa yang terkandung, oleh karena itu perpindahan massa cair gas semakin besar.
Pada variabel udara, semakin besar laju alir udara maka nilai Kgl udara juga semakin besar karena bertambahnya debit udara. Kgl merupakan koefisien perpindahan massa cair gas. Semakin besar laju alir maka semakin banyak massa yang terkandung sehingga perpindahan massa cair gas semakin besar. Hal ini dapat ditunjukkan pada persamaan:
Dimana W = 𝑄𝑢𝑘 𝜌
𝐵𝑀 (1+𝑌′)
Keterangan :
D : diameter kolom (m) L : panjang kolom (m) Quk : laju alir udara (m3/s) BM : berat molekul udara
4.2.2 Pengaruh Hubungan Laju Alir terhadap Bilangan Reynold (NRe)
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Laju Alir Air terhadap NRe Air
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Laju Alir Udara terhadap NRe Udara
Berdasarkan gambar 4.3 dan gambar 4.4 hubungan antara laju alir terhadap bilangan Reynold (NRe) pada air maupun udara mengalami kenaikan. Dari hasil pecobaan diperoleh bahwa semakin besar laju alir air dan udara diperoleh NRe yang semakin besar. Harga NRe menunjukkan bahwa semakin besar NRe maka aliran air maupun udara semakin turbulen. Semakin besar laju alir air dan udara menyebabkan aliran menjadi turbulen yang ditandai dengan meningkatnya harga NRe.
y = 8E+06x - 0,0004 R² = 1 0,00E+00 5,00E+01 1,00E+02 1,50E+02 2,00E+02 2,50E+02 3,00E+02
0,00E+00 5,00E-06 1,00E-05 1,50E-05 2,00E-05 2,50E-05 3,00E-05 3,50E-05
N
R
e
ai
r
Laju alir air (m3/s)
Laju alir air vs N Re air
y = 8E+06x + 9E-12 R² = 1 0,00E+00 5,00E+02 1,00E+03 1,50E+03 2,00E+03 2,50E+03
0,00E+00 5,00E-05 1,00E-04 1,50E-04 2,00E-04 2,50E-04 3,00E-04
N R e u d ar a
Laju alir udara (m3/s)
4.2.3 Pengaruh Hubungan Bilangan Reynold terhadap Bilangan Sherwood
Gambar 4.5 Grafik Hubungan NRe Air terhadap NSh Air
Gambar 4.6 Grafik Hubungan NRe Udara terhadap NSh Udara
Dari gambar 4.5 hubungan antara NRe air terhadap NSh air dan gambar 4.6 hubungan antara NRe udara terhadap NSh udara mengalami kenaikan. Semakin besar harga NRe maka harga NSh juga semakin besar. Hal ini dikarenakan NRe yang semakin besar menunjukkan bahwa alirannya semakin turbulen sehingga nilai Kgl semakin besar dan pada akhirnya harga NSh juga semakin besar, sesuai persamaan :
NSh = a NRe b ; NSh berbanding lurus dengan NRe
Dari percobaan diperoleh hubungan antara bilangan Reynold dan bilangan Sherwood pada variabel laju alir air dan laju alir udara, yaitu:
y = 7E-07x - 0,0001 R² = 0,5216 -2,00E-05 0,00E+00 2,00E-05 4,00E-05 6,00E-05 8,00E-05 1,00E-04
0,00E+00 5,00E+01 1,00E+02 1,50E+02 2,00E+02 2,50E+02 3,00E+02
N Sh air N Re air
N Re air vs N Sh air
y = 1E+11x - 5E+13 R² = 0,5336 0,00E+00 5,00E+13 1,00E+14 1,50E+14 2,00E+14 2,50E+14 3,00E+140,00E+00 5,00E+02 1,00E+03 1,50E+03 2,00E+03 2,50E+03
N Sh u d ar a N Re udara
N Re udara vs N Sh udara
a) Variabel laju alir air
Dari percobaan didapat hubungan persamaan NSh = 2.34 x 10-18 (NRe)5.4623 dengan persen kesalahan 96.78 %
b) Variabel laju alir udara
Dari percobaan didapat hubungan persamaan NSh = 5.007 x 108 (NRe)1.6876 dengan persen kesalahan 14.76 %
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
1. Semakin besar laju alir air dan udara maka Kgl air dan udara semakin besar. 2. Semakin besar laju alir air dan udara didapat harga NRe semakin besar. 3. Semakin besar NRe air dan udara didapat NSh udara semakin besar. 4. Hubungan antara NSh dengan NRe dapat dinyatakan dengan persamaan :
NSh = a NRe b. Dimana untuk laju alir air NSh = 2.34 x 10-18 (NRe)5.4623 dan untuk laju alir udara NSh = 5.007 x 108 (NRe)1.6876
5.2 Saran
1. Pengukuran suhu Td dan Tw pada input maupun output dilakukan dengan cermat dan tidak bersentuhan.
2. Kapas yang digunakan untuk pengukuran Tw dibasahi secara merata. 3. Termometer tidak bersentuhan dengan dinding pipa input maupun output.
DAFTAR PUSTAKA
Bird, R.B., Stewart, Wt.Light., Foote, E.N. 1968. Transport Phenomena. Mc Cabe, W.L., J Smith. 1956. Unit Operation. Mc Graw Hill. New York.
PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA
Materi :
WETTED WALL COLUMN
KELOMPOK : 6 / KAMIS
ANGGOTA : ABRAR HARIST
LUH ASTLA DIVA SAVITRI NITA ARIANI
LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
Skala I (s) II (s) III (s) 900 24 24 25.3 1000 17.1 17 16.8 1100 14 14.8 14.6 1200 14.1 14.6 14.4 1300 14.4 14.5 14.4
B. Kalibrasi Rotameter Air (skala rotameter udara = 1100)
Skala I (ml) II (ml) III (ml) 60 185 180 185 70 215 210 210 80 250 245 250 90 260 260 270 100 290 295 305
C. Variabel Udara (skala rotameter air tetap=80)
Skala Input Output
Td (oC) Tw (oC) Td (oC) Td (oC) 900 33.3 25.9 29.1 25.5 1000 34.5 25.9 29.8 25.5 1100 34.5 25.9 29.5 25.3 1200 34.5 26.5 30.1 25.4 1300 34.7 25.9 29.8 25.4
T w
Semarang, 23 Oktober 2014
Praktikan Asisten
Abrar Diva Nita Joddy Christyawan
Skala Input Output
Td (oC) Tw (oC) Td (oC) Td (oC) 60 32 25.5 28.5 24.7 70 31.5 25.5 29.0 25.8 80 32.1 26.0 28.5 25.3 90 32.5 25.5 29.0 25.5 100 31.5 25.0 29.2 25.4
Diameter kolom : 18.8 cm = 0.188 m Panjang kolom : 5.987 cm = 0.05987 m Densitas air : 0.995341 gr/ml = 995.341 kg/m3 Densitas udara : 0.0011313 gr/ml = 1.1313 kg/m3 Viskositas air : 0.83 cp = 8.3 x 10-4 kg/m sec Viskositas udara : 0.018 cp = 1.8 x 10-5 kg/m sec Suhu ruangan : 30oC = 303 K
Tekanan udara : 1 atm = 1.0132 x 10-5 N/m2
A. Kalibrasi Rotameter Udara (Volume = 4 Liter)
Skala Waktu 1 putaran (t) Rata-rata (t) Q Udara
(m3/s) I II III 900 24 24 25.3 24.43 0.0001637 1000 17.1 17 16.8 16.97 0.0002357 1100 14 14.8 14.6 14.77 0.0002708 1200 14.1 14.6 14.4 14.57 0.0002745 1300 14.4 14.5 14.4 14.43 0.0002772
B. Kalibrasi Rotameter Air (Waktu = 10 Detik)
Skala Volume (ml) Rata-rata
(ml) Q Air (m 3/s) I II III 60 185 180 185 183.33 0.000018333 70 215 210 210 211.67 0.000021167 80 250 245 250 248.33 0.000024833 90 260 260 270 263.33 0.000026333 100 290 295 305 296.67 0.000029667
Rumus yang digunakan: Quk = 𝑉𝑜𝑙
𝑡
Qum = 𝑉𝑚
Vk = 𝑇𝑑𝑜
273 𝑥 1
𝑃𝑘 𝑥 (1 + 𝑌𝑘)22.4
Dari persamaan di atas:
Quk , Qum : debit air keluar , masuk (m3/s) Vol : volume udara yang mengalir (m3) Vm , Vk : volume udara masuk , keluar (m3) Tdi , Tdo : suhu dry bulb masuk , keluar (K) Pm , Pk : tekanan udara masuk , keluar (N/m2)
Ym , Yk : molal humidity udara masuk , keluar (mol air/mol udara kering)
Dalam percobaan Pm = Pk = 1 atm, maka persamaan menjadi:
𝑉𝑚
𝑉𝑘 =
𝑇𝑑𝑖 (1 + 𝑌𝑚) 𝑇𝑑𝑜 (1 + 𝑌𝑘)
Ym dan Yk dapat dicari dari diagram psikometrik.
Tw diplotkan pada garis 100% humidity kemudian tarik garis saturated adiabatic ke Td, maka didapat:
Tw in , Td in Ym
Tw out , Td out Yk
C. Perhitungan Bilangan Reynold Air NRe = 𝜌 𝐷 𝑣 µ ; v = 𝑄 𝐴 NRe air = 4 𝜌𝑎 𝑄𝑎 𝐷 µ 𝜋 ; D = diameter kolom
D. Perhitungan Tebal Lapisan Film δ = [3 µ𝑎 𝑄𝑎
𝜌𝑎 𝑔 𝜋 𝐷]
1/3 ; g = konstanta gravitasi = 9.8 m/s2
E. Perhitungan Bilangan Reynold Udara NRe udara = 4 𝜌𝑢 𝑄𝑢
Kgl = 𝑊
𝜋 𝐷 𝐿ln
𝑋∗𝐴1−𝑋𝐴1 𝑋∗ 𝐴2−𝑋𝐴2
X*A1 plot Tw in , XA1 = Ym X*A2 plot Tw out , XA2 = Yk Dimana, W = 𝑄𝑢𝑘 𝜌
𝐵𝑀 (1+𝑌′)
BM udara = 28.97 kg/mol
Y’ = Td in saturasi (100% humidity)
G. Perhitungan Bilangan Sherwood NSh = 𝐾𝑔𝑙 𝑃𝑚 𝑅 𝑇 𝐷
𝑃𝑡2𝐷 𝐴𝐵
Kgl : koefisien transfer massa udara (mol/m2 sec) Pm : tekanan parsiil rata-rata
Pt : tekanan total = 1.0132 x 10-5 N/m2 R : konstanta gas ideal = 8.314 Nm/kmol K T : temperature absolute = 303 K
DAB : difusivitas air udara, interpolasi dari data yang didapat dari Treyball 2-1 2.6384 x 105 m2/s
YA1 = X*A1 YA2 = X*A2 P1 = Pt – PA1 Pm = 1−𝑃2
ln(𝑃1 𝑃2) P PA1 = 𝑋∗𝐴1 (1+𝑌𝐴1) Pt PA2 = 𝑋∗𝐴2 (1+𝑌𝐴2) Pt P2 = Pt – PA2
H. Perhitungan Bilangan Sherwood
NSh = a (NRe) b ; a dan b dicari dengan Least Square
I. Perhitungan Prosentase Kesalahan % kesalahan = ∑
| (𝑁𝑆ℎ)ℎ−(𝑁𝑆ℎ)𝑝 | (𝑁𝑆ℎ)ℎ
Skala Air Td in (oC) Tw in (oC) Td out (oC) Tw out (oC) Ym=XA1 Yk=XA2 60 32 25.5 28.5 24.7 0.0178 0.0184 70 31.5 25.5 29.0 25.8 0.0180 0.0188 80 32.1 26.0 28.5 25.3 0.0192 0.0190 90 32.5 25.5 29.0 25.5 0.0174 0.0192 100 31.5 25.0 29.2 25.4 0.0172 0.0194
Skala Air Td in (K) Td out (K) Vm/Vk Q air NRe air
60 305 301.5 1.0111 0.000018333 148.97
70 304.5 302 1.0063 0.000021167 171.99
80 305.1 301.5 1.0121 0.000024833 201.79
90 305.5 302 1.0098 0.000026333 213.97
100 304.5 302.2 1.0054 0.000029667 241.07
Skala Air NRe udara Y’ W X*A1 X*A2
60 1330.46 0.0315 4.807E-06 0.0206 0.0198 70 1915.33 0.0312 6.870E-06 0.0206 0.0202 80 2200.62 0.0317 7.952E-06 0.0216 0.0206 90 2230.83 0.0321 8.311E-06 0.0206 0.0210 100 2525.42 0.0312 8.258E-06 0.0202 0.0208
Skala Air Kgl PA1 PA2 P1 P2 Pm NSh
60 -1.26 x 10-6 2081.39 2002.13 101039 101117 1.33E+13 2.85 x 10-6 70 1.051 x 10-6 2081.39 2041.78 101039 101078 2.66E+13 4.67 x 10-6 80 1.401 x 10-6 2180.29 2081.39 100940 101038 1.06E+13 2.53 x 10-6 90 1.446 x 10-6 2081.39 2120.97 101039 100999 -2.57E+13 6.48 x 10-6 100 2.798 x 10-6 2041.78 2101.19 101078 101018 -1.77E+13 8.37 x 10-5
Hubungan antara NSh dan NRe NSh = a (NRe) b
Log NSh = log a + b log (NRe) y = c + mx
60 2.173099 -5.545
70 2.235525 -5.329
80 2.304895 -5.599
90 2.330366 -5.188
100 2.3821399 -4.077
Dengan metode Least Square didapat, y = 5.4623 x - 17.631 m = b = 5.4623 c = log a = - 17.631, maka a = 2.34 x 10-18 Didapat NSh = 2.34 x 10-18 (NRe)5.4623 Perhitungan % kesalahan % kesalahan = ∑ | (𝑁𝑆ℎ)ℎ−(𝑁𝑆ℎ)𝑝 | (𝑁𝑆ℎ)ℎ 𝑛 𝑑𝑎𝑡𝑎 x 100 %
Skala Air (NSh)h (NSh)p % kesalahan
60 2.85 x 10-6 1.7342E-6 39 70 4.67 x 10-6 3.8028E-6 18 80 2.53 x 10-6 9.0996E-6 261 90 6.48 x 10-6 1.2539E-5 93 100 8.37 x 10-5 2.4041E-5 71 Rata-rata kesalahan 96.78 %
K. Variabel Laju Alir Udara (skala air = 80)
Skala Td in (oC) Tw in (oC) Td out (oC) Tw out (oC) Ym=XA1 Yk=XA2 900 33.3 25.9 29.1 25.5 0.017 0.0205 1000 34.5 25.9 29.8 25.5 0.0175 0.0195 1100 34.5 25.9 29.5 25.3 0.0195 0.0193 1200 34.5 26.5 30.1 25.4 0.0182 0.0175 1300 34.7 25.9 29.8 25.4 0.0160 0.0181
900 306.3 302.1 1.01043 0.0001637 1330.46
1000 307.5 302.8 1.01291 0.0002357 1915.33
1100 307.5 302.5 1.01377 0.0002708 2200.62
1200 307.5 303.1 1.00565 0.0002745 2230.83
1300 307.7 302.8 1.00527 0.0002772 2525.42
Skala Q udara NRe udara Y’ W X*A1 X*A2
900 0.0001637 1330.46 0.33 4.807E-06 0.21 0.22 1000 0.0002357 1915.33 0.34 6.870E-06 0.215 0.21 1100 0.0002708 2200.62 0.33 7.952E-06 0.22 0.215 1200 0.0002745 2230.83 0.29 8.311E-06 0.215 0.21 1300 0.0002772 2525.42 0.32 8.258E-06 0.19 0.215
Skala Kgl PA1 PA2 P1 P2 Pm NSh
900 -4.501 x 10-6 17896 18595 85223 84524 -1.1E+12 8.3 x 1013 1000 7.013 x 10-6 18247 17896 84872 85223 2.1E+12 2.6 x 1014 1100 5.621 x 10-6 18595 18247 84524 84873 2.1E+12 2.1 x 1014 1200 5.195 x 10-6 18247 17896 84872 85223 2.1E+12 1.9 x 1014 1300 2.881 x 10-5 16464 18247 86655 84872 -4.2E+11 2.1 x 1014
Hubungan antara NSh dan NRe NSh = a (NRe) b
Log NSh = log a + b log (NRe) y = c + mx
Skala Log NRe (x) Log NSh (y)
900 3.124 13.919
1000 3.282 14.415
1100 3.342 14.322
1200 3.348 14.279
m = b = 1.6875 c = log a = 8.6996 , maka a = 5.007 x 108 Didapat NSh = 5.007 x 108 (NRe) 1.6875 Perhitungan % kesalahan % kesalahan = ∑| (𝑁𝑆ℎ)ℎ−(𝑁𝑆ℎ)𝑝 | (𝑁𝑆ℎ)ℎ 𝑛 𝑑𝑎𝑡𝑎 x 100 % Skala (NSh)h (NSh)p % kesalahan 900 8.3 x 1013 9.36 x 1013 12 1000 2.6 x 1014 1.73 x 1014 33 1100 2.1 x 1014 2.18 x 1014 3.8 1200 1.9 x 1014 2.23 x 1014 17 1300 2.1 x 1014 2.27 x 1014 8 Rata-rata kesalahan 14.76 %
DIPERIKSA
KETERANGAN TANDA TANGAN
NO. TANGGAL 1 2 3 4 01-12-2014 04-12-2014 04-12-2014 05-12-2014 INTISARI SUMMARY BAB III BAB V LEMBAR PENGESAHAN BAB 1 BAB 2 BAB 3 BAB 4 DAFTAR PUSTAKA LEMBAR PERHITUNGAN Dffwegf COVER LEMBAR PENGESAHAN BAB 2 BAB 3 DAFTAR PUSTAKA LAPORAN SEMENTARA LAPORAN SEMENTARA
