HUMIDIFIKSI (Laporan Praktikum Instruksional II)

HUMIDIFIKSI

(Laporan Praktikum Instruksional II)

Disusun Oleh:

Chairul Umam (1415041009) Dewi Fatmawati (1415041013) Retno Ayu A (1415041051) Ridwan Santoso (1415041052)

LABORATURIUM OPERSI TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG 2016

ABSTRAK

Humidifikasi merupakan proses penambahan kandungan air di dalam udara. Dimana fasa cair (air) di kontakkan dengan aliran udara, sehingga kandungan uap air di udara meningkat. Pada praktikum ini digunakan variasi pada suhu air masuk ke dalam kolom yaitu 35ºC dan 40ºC dengan masing-masing suhu memiliki laju alir air dengan variasi 3 L/menit, 4L/menit dan 6 L/menit. Digunakan laju alir udara yang sama pada setiap variasi suhu maupun variasi pada laju alir air sebesar 2.7 m/s. adapun alat yang digunakan pada praktikum ini yaitu Cooling Tower bersekat. Sehingga dari hasil yang diperoleh dari praktikum ini semakin besar laju alir air yang berkontak maka nilai humidity (H) semakin besar, semakin besar suhu air masukkan maka nilai humidity akan meningkat.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada industri kimia banyak sekali operasi - operasi yang terjadi, salah satunya adalah humidifikasi. Humidifikasi merupakan peristiwa penambahan kandungan uap air di dalam udara. Sedangkan pengurangan kandungan uap air di dalam udara dehumifikasi.

Proses humidifikasi dilakukan dengan cara melewatkan udara ke atas permukaan air, dimana air tersebut akan teruapkan ke dalam aliran udara karena adanya perbedaan temperatur antara air dan udara. Dalam proses ini, temperatur air lebih tinggi dari temperatur udara, sehingga air akan menguap kemudian mentransferkan sebagian massa ke udara. Seiring dengan transfer massa, air tersebut membawa panas yang dikandungnya sehingga terjadi transfer panas antara air dengan udara. Sehingga temperature udara yang mengandung uap air tersebut lebih tinggi dibandingkan pada suhu awal.

Operasi humidifikasi dilakukan untuk :

1. Pengendalian kondisi udara (kelembaban dan suhu untuk ruangan tertentu atau untuk proses tertentu).

2. Pendinginan air

1.2 Tujuan Percobaan

Tujuan yang ingin diperoleh dari praktikum ini yaitu : 1. Memahami konsep humidifikasi

2. Menentukan kelembaban udara keluar setelah dikontakkan dengan air hangat.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Humidifikasi dan Dehumidifikasi

Humidifikasi adalah proses peningkatan jumlah air di dalam aliran udara dengan melewatkan aliran udaradi atas cairan yang kemudian cairan tersebut menguap ke dalam gas. Kebalikan dari proses ini yaitu penurunan kandungan air di udara

Jumlah uap air yang ada di udara disebut humidity udara. Dengan kata lain, humidity (H) adalah Kg uap air yang dibawa oleh 1 Kg udara kering

H = Kg H2O uap / Kg udara kering

H pada keadaan jenuh, Hs adalah Kg H2O uap / Kg udara kering pada keadaan setimbang pada suhu yang sama dengan H yang disebut dengan persen humidity. Persen humidity yaitu H/Hjenuh. (walker, et (1984) ; Geankoplis, (1983) ; Treybal, (1985) ; Richardson, (1997) ; dan Norman (1965) dalam modul penuntun PI 8, (2016).

2.2 Mekanisme Penguapan Air ke dalam Udara

Jika setetes air pada temperatur sedikit diatas titik embun diletakkan dalam gas inert, misalnya udara dengan kelembaban kurang dari 100%, maka penguapan akan terjadi . uap air akan berdifusi ke udara, dengan laju penguapan sebanding dengan luas permukaan tetes air dan perbedaan tekanan uap pada tetes air dan tekanan parsial uap air di udara. Laju penguapan perwaktu adalah :

2 = . ( − )

Dimana w = berat

k = koefisien difusi melalui film gas pada permukaan tetes air A = luas area permukaan tetes air

P = Tekanan Uap

74

Jika temperatur udara lebih panas dari temperatur tetes maka sejumlah panas, dQ akan mengalir dari udara ke tetes yang dinyatakan dengan hokum Newton :

= ℎ. ( − )

dimana Q = panas yang di transfer

h = koefisien perpindahan panas melaui film gas pada permukaan tetes air

Ta = Temperatur udara T = Temperatur

2.3 Dry and Wet Bulp Temperatur ( Temperatur Bola Basah dan Bola Kering)

Saat udara dalam keadaan tidak jenuh di alirkan melewati permukaan cairan akan menyebabkan humidity udara akan bertambah disebabkan adanya penguapan air. Pada keadaan setimbang, laju perpindahan panas dari udara akan seimbang dengan panas yang dibutuhkan untuk menguapkan cairan dan cairan ini disebut berada pada temperatur bola basahnya. Laju perpindahan panas dari udara ke air dapat ditulis :

Q = h A (Ta-Tw) Dimana h = koefisien perpindahan panas

Ta = Temperatur Udara Tw = Temperatur Bola Basah Q = Laju alir panas

A = Luas permukaan panas (Richardson, (1994) dalam Modul PI II, (2016))

2.4 Istilah –Istilah dalam Humidifikasi

Dalam proses humidifikasi terdapat beberapa istilah, antara lain:

1. Kelembaban yaitu massa uap yang dibawa oleh satu satuan massa gas bebas uap, karena itu humidity hanya bergantung pada tekanan bagian uap di dalam campuran bila tekanan total tetap.

75

2. Kelembaban Jenuh yaitu udara dalam uap air yang berkesetimbangan dengan air pada suhu dan tekanan tertentu. Dalam campuran ini, tekanan parsial uap air dalam campuran udara air adalah sama dengan tekanan uap air murni pada temperatur tertentu

3. Kelembaban relatif yaitu rasio antara tekanan bagian dan tekanan uap zat cair pada suhu gas. Besaran ini dinyatakan dalam persen (%). Sehingga kelembaban 100% berarti gas jenuh, sedangkan kelembaban 0% berarti gas bebas uap.

4. Kalor lembab yaitu energi kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satuan massa beserta uap yang dikandungnya sebesar satu derajat satuan suhu.

5. Entalpi Lembab yaitu entalpi satu satuan massa gas ditambah uap yang terkandung di dalamnya.

6. Volume Lembab yaitu volume total satu satuan massa bebasuap beserta uap yang dikandungnya pada tekanan 1 atm.

7. Titik embun campuran udara-uap air yaitu temperatur saat gas telah jenuh oleh uap air. Jadi pada temperatur tersebut uap air dalam udara mulai mengembun.

8. Temperatur Bola Kering merupakan temperatur yang terbaca pada thermometer sensor kering dan terbuka

9. Temperatur Bola Basah merupakan temperatur yang terbaca pada thermometer sensor yang dibalut dengan kain basah atau kapas basah. 10. Volume Specifik merupakan volume udara campuran dengan satuan

meter3/ kg udara kering ( WF. Stoeker, 1989)

Terminologi yang berkaitan dengan campuran udara-uap air antara lain : 1. Humid Heat (Cs)

Merupakan kapasitas panas campuran udara-uap air yang berdasarkan pada basis 1 lb atau kg udara kering.

Asumsi kapasitas panas untuk udara dan uap air adalah konstan di bawah range kondisi tertentu eksperimen pada perhitungan AC dan humidifikasi, sehingga dapat dituliskan pada satuan AE ;

Cs = 0,240 + 0,45 (H) Btu/ ⁰F (lb udara kering)

Sedangkan pada satuan SI

Cs = 1,00 + 1,88 (H)

2. Humid Volume

Merupakan volume 1 lb atau kg udara kering plus uap air pada udara. Pada satuan EI :

Cs = 1,00 + 1,88(H)

2.5 Alat- Alat Proses Humidifikasi

Operasi humidifikasi dapat dilakukan dengan berbagai alat yang pada dasarnya memiliki prinsip yang sama, yaitu mempertemukan aliran udara dengan air sebaik mungkin. Hal ini dapat dicapai apabila luas permukaan kontak aliran udara dengan air dibuat seluas – luasnya. Berikut adalah beberapa jenis alat – alat yang mempertemukan aliran udara dengan air :

1. Kolom Percik

Udara dialirkan kedalam sebuah kolom atau menara dari bagian bawah menuju ke atas dimana terdapat percikan atau curahan air dari atas.

2. Kolom Dinding Basah

Udara dialirkan dalam kolom atau menara dimana terdapat aliran cairan pada bagian dinding kolom atau menara tersebut.

3. Kolom dengan Isian

Udara dialirkan dalam kolom dimana kolom tersebut memiliki isian (Packed). Fungsi dari isian ini yaitu untuk memecah aliran cairan sehingga

77

membasahi permukaan isian yang dimaksudkan untuk memperluas permukaan kontak antara gas dan cairan.

4. Kolom Piringan

Di dalam kolom terdapat sejumlah piringan yang diletakkan mendatar. Pada piringan inilah terjadi pertemuan antara cairan dan gas. Ada dua jenis piringan yang biasa dipakai yaitu piringan dengan celah – celah atau lubang kecil dan piringan dengan sungkup gelembung.

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Alat Percobaan

Alat yang digunakan pada praktikum ini yaitu :

 Termometer  Anemometer  Kapas Bsah  Menara pendingin  Blower  Pemanas air  Pompa

3.2 Bahan Percobaan

Bahan yang digunakan pada praktikum ini yaitu :

 Udara (BM 29,08 gr/gmol)

 Air (densitas 1,0 gr/cc pada 4⁰C

3.3 Metode Percobaan

3.3.1 Temperatur air masuk 35⁰C

Ukur suhu bola basah dan bola kering di bagian atas menara sebelum air dialirkan Alirkan air hangat ke dalam menara dengan laju alir 3,4 dan 6 L/menit secara bergantian

Hidupkan blower dan ukur laju alir udara dengan menggunakan Anemometer Panaskan air dalam bak dan atur suhunya hingga 35⁰C

3.3.2 Temperatur air masuk 40ºC

Ukur suhu bola basah dan bola kering di bagian atas menara sebelum air dialirkan Alirkan air hangat ke dalam menara dengan laju alir 3,4 dan 6 L/menit secara bergantian

Hidupkan blower dan ukur laju alir udara dengan menggunakan Anemometer Panaskan air dalam bak dan atur suhunya hingga 40 ⁰C

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengamatan

No Air (L/menit) Tdout (ºC) Twout (ºC) Ts (ºC) H (Kg H2O/ Kg dry air) TE (ºC) Hs (Kg H20/kg dry air) Hr (%) 1 3 30 29 33 0.027 28.5 0.029 65 2 4 28.5 29.2 33 0.0255 28 0.026 71.7 3 6 28 30 32 0.027 27 0.028 72.7

Tabel 1. Temperatur Tin air 35ºC

No Air (L/menit) Tdout (ºC) Twout (ºC) Ts (ºC) H (Kg H2O/ Kg dry air) TE (ºC) Hs (Kg H20/kg dry air) Hr (%) 1 3 28.5 27.8 37 0.026 26 0.028 71.7 2 4 28 29 35 0.0253 27.8 0.0285 72.7 3 6 27 29.5 33 0.026 26.5 0.0275 77.3

4.2 Pembahasan

Pada hari jumat, tanggal 21 Oktober 2016 kelompok kami telah melakukan percobaan humidifikasi dengan tujuannya yaitu agar memahami konsep humidifikasi dan dapat menentukan kelembaban udara keluar menara pendingin yang telah dikontakkan dengan air hangat secara berlawanan arah. Dalam percobaan ini kami ditugaskan untuk mencari Twout, Tdout, HR, Hs,Ts,TE dan banyaknya jumlah air yang diuapkan dengan variasi suhu air masukan 35ºC dan 40ºC serta laju alir air 3,4 dan 6 L/menit dengan kecepatan udara sebesar 2.7 m/s dan A = 547.2 cm2

Dari hasil percobaan yang kemidian dilakukan perhitungan seperti pada tabel 1 dan 2. Pada variable suhu air masuk 35ºC dan 40ºC terjadi kenaikan dan penurunan pada Qair 3,4,6 L/menit untuk suhu bola basah (Twout). Hal ini dapat terjadi karena disaat praktikum, terjadi pergantian termometer yang akan digunakan untuk mengukur suhu bola basah udara yang keluar melalui atas menara percobaan. Sehingga kemungkinan terjadi ketidakakuratan saat pengambilan data yang mungkin terjadi, karena seharusnya nilai Td dan Tw akan meningkat seiring naiknya Tinair dan Qair. Sedangkan nilai Tdout cenderung naik karena termometer yang digunakan hanya termometer tanpa adanya kapas.

Penurunan nilai Tdout pada percobaan ini juga mempengaruhi nilai humidity (H) dan humidity jenuh udara (Hs) yang akan naik turun. Dalam praktikum ini kita mencari nilai Ts seperti terlihat pada tabel 1 dan 2, nilai Ts semakin menurun seiring dengan naiknya Qair pada suhu 35ºC dan 40ºC, kenaikan dan penurunan nilai humidity (H) dapat dilihat pada grafik di bawah ini.

Gambar 1. Grafik laju kecepatan aliran air vs humidity

Gambar 2. Grafik Laju kecepatan air vs humidity

No Qair Tdout (ºC) H (kg H2O/kg dry air) VH m3/kg dry air 1 3 30 0.027 0.895 2 4 28.5 0.0255 0.888 3 6 28 0.027 0.889

Tabel 3. Nilai VH pada 35ºC

0.0254 0.0256 0.0258 0.026 0.0262 0.0264 0.0266 0.0268 0.027 0.0272 0 1 2 3 4 5 6 7 H (Kg H2 O/ Kg d ry a ir ) Qair (L/menit)

Grafik 1

Laju Kecepatan Aliran Air (Qair) vs Humidity (H)

0.0254 0.0256 0.0258 0.026 0.0262 0.0264 0.0266 0.0268 0.027 0.0272 0 1 2 3 4 5 6 7 H (Kg H2 O/ Kg d ry a ir ) Qair (L/menit)

Grafik 2

83 No Qair Tdout (ºC) H (kg H2O/kg dry air) VH m3/kg dry air 1 3 28.5 0.026 0.892 2 4 28 0.0253 0.891 3 6 27 0.026 0.889

BAB V KESIMPULAN

Berdasarkan data praktikum yang kami peroleh dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Semakin tinggi nilai temperature atau suhu bola kering maka nilai persentase humidity relatif (HR) semakin besar

2. Temperatur air keluaran menara lebih rendah dari pada temperature air masuk menara karena danya transfer pasas dari air ke udara.

3. Proses pengambilan data yang akurat mempengaruhi keakuratan sebuah nilai dalam proses pengambilan data.

DAFTAR PUSTAKA

Tim Instruktur Laboraturium OTK. 2016. Penuntun Praktikum Instruksional II.

Kautsar, Ahmad. Maulina, Riva. 2010. Humidifikasi dan peralatannya. Http://dokumen.tips/download/humidifikasi.dan.peralatannya diakses 26 Oktober 2016

Yunus, Asyari D.2016. Bab IV Campuran Gas Ideal Tak Bereaksi dan Psikrometrik. http://ft.unsada.ac.id/wp.content/uploads/2010/04/bab4-tm2.pdfdiakses 26 Oktober 2016

DATA PENGAMATAN

Praktikum : Humidifikasi Tanggal : 21 Oktober 2016

Anggota Kelompok : Chairul Umam 1415041009 Dewi Fatmawati 1415041013 Retno Ayu Astuti 1415041051 Ridwan Santoso 1415041053 Run I Twin : 28ºC Tdin : 30ºC Qair : 3 L/menit Vudara : 2.7 m/s A (PXL) : 28,8 cm X 19 cm = 547.2 cm2 No Tair (ºC) Twout (ºC) Tdout (ºC) 1 35 29 30 2 40 27.8 28.5 Run II Twin : 28ºC Tdin : 30ºC Qair : 3 L/menit Vudara : 2.7 m/s A (PXL) : 28,8 cm X 19 cm = 547.2 cm2

No Tair (ºC) Twout (ºC) Tdout (ºC) 1 35 29.2 28.5 2 40 29 28 Run III Twin : 28ºC Tdin : 30ºC Qair : 3 L/menit Vudara : 2.7 m/s A (PXL) : 28,8 cm X 19 cm = 547.2 cm2 No Tair (ºC) Twout (ºC) Tdout (ºC) 1 35 30 28 2 40 29.5 27

PERHITUNGAN

Langkah – langkah yang harus dilakukan untuk memperoleh nilai humidity (H) udara yaitu :

1. Mengukur Temperatur bola basah (Tw) dan temperatur bola kering (Td) pada aliran udara yang keluar dari menara pendingin.

2. Plotkan nilai Tw dan Td yang telah didapat ke humidity chart

Humidity (H) dapat diperoleh dari humidity chart dengan langkah – langkah sebagai berikut:

1. Plotkan nilai Tw dan Td pada titik sepanjang sumbu x (temperatur (ºC)) kemudian tarik garis secara vertical keatas dari kedua titik tersebut.

2. Perpotongan garis Tw dengan persentase kelembaban 100% adalah sebuah titik yang kemudian ditarik garis lurus sejajar dengan garis adiabatik hingga perpotongan dengan garis vertikal Td

3. Tarik garis perpotongan tersebut secara horizontal, hingga didapatkannya nilai humidity udara yang dapat dibaca pada sumbu y.

Langkah untuk memperoleh titik embun (TE) :

Pada langkah ke 3 dalam mencari nilai H yang kemudian dari titik perpotongan tersebut tarik garis horizontal ke kiri maka akan didapatkan nilai titik embunnya.

Untuk memperoleh nilai kelembaban jenuh udara Hs dapat diperoleh dengan cara berikut:

1. Plotkan nilai Td pada titik yang berada pada sumbu x kemidian tarik garisn secara vertical ke atas.

2. Perpotongan garis perpanjangan Td dengan kurva persentase kelembaban 100% adalah sebuah titik yang kemudian ditarik garis secara horizontal sehingga didapatkan nilai humidity jenuh udara (Hs) yang dapat dibaca pada sumbu y.

Menentukan nilai humidity (H) dan humidity jenuh udara (Hs) menggunakan humidity chart dan nilai titik embun (TE)

2. Percobaan pada suhu air masuk yaitu 35ºC laju alir 4 L/menit

Menentukan nilai persentase relative humidity (HR)

Tinair : 35ºC Q air : 3 L/menit

Berdasarkan steam table pada T= 30ºC, Pas = 4.246 dengan Pa=2.76 KPa pada 1 atm.

= 100 = _{4,246 100% = 65%}2.76

Tin air : 35ºC Q air : 4 L/menit

Berdasarkan steam table pada T= 28.5ºC, Pas = 3.846 dengan Pa=2.76 KPa pada 1 atm.

= 100 = _{3.793 100% = 72,7%}2.76

Berdasarkan steam table pada T= 28.5ºC, Pas = 3.846 dengan Pa=2.76 KPa pada 1 atm.

= 100 = _{3.846 100% = 71,7%}2.76

= 100 = _{3.793 100% = 72,7%}2.76

= 100 = _{3.567 100% = 77,3%}2.76

Menghitung jumlah air yang diuapkan (VH)

= (2,83 10 + 4,56 10 )

T : 30ºC = 30 + 273 = 303 K H : 0.027 Kg H2O/kg dry air

= 2,83 10 + 4,56 10 (0,027) 303

VH= 0,895 m3/kg dry air

T : 28,5ºC = 28,5 + 273 = 301,5 K H : 0.0255 Kg H2O/kg dry air

= 2,83 10 + 4,56 10 (0.0255) 301,5

T : 28ºC = 28 + 273 = 301 K H : 0.027 Kg H2O/kg dry air

= 2,83 10 + 4,56 10 (0,027) 301

T : 28,5ºC = 28,5 + 273 = 301,5 K H : 0.028 Kg H2O/kg dry air

= 2,83 10 + 4,56 10 (0,028) 301,5

T : 28ºC = 28+ 273 = 301ºC H : 0.0285 Kg H2O/kg dry air

= 2,83 10 + 4,56 10 (0,0285) 301

T : 27ºC = 27 + 273 = 300ºC H : 0.0275 Kg H2O/kg dry air

= 2,83 10 + 4,56 10 (0,0275) 300

No Gambar Keterangan 1. Peralatan Humidifikasi 2. Alat Pemanas 3. Pompa

No Gambar Keterangan 4. Stabilizer 5. Blower 6. Anemometer

No Gambar Keterangan 7.

Penunjuk Laju Alir

8.

Termometer

9.