Humidifikasi dan Dehumidifikasi
I.
Tujuan Percobaan
Setelah
melakukan percobaan ini, mahasiswa diharapkan dapat :
-
Mengukur temperatur
humidity baik temperatur bola basah maupun temperatur bola kering ;
-
Mencari selisih
humidity sebelum dan sesudah masuk kolom humidifikasi dan massa air yang
terserap ;
-
Mencari selisih
entalpi sebelum dan sesudah masuk kolom dehumidifikasi.
II.
Alat dan Bahan
2.1
Alat – alat yang digunakan :
-
Alat humidifikasi
dan dehumidifikasi :
1 unit
-
Temperatur bola
basah : 1 buah
-
Temperatur bola
kering :
1 buah
2.2
Bahan yang digunakan :
-
Air dalam labu
III.
Dasar Teori
Dalam pemprosesan bahan sering diperlukan untuk
menentukan uap air dalam aliran gas, operasi sebagai proses dehumidifikasi.
Sebaiknya, untuk mengurangi uap air dalam aliran gas sering disebut proses
dehumidifikasi. Dalam humidifikasi, kadar uap air dapat ditingkatkan dengan
melewatkan aliran gas diatas cairan yang kemudian akan menguap ke dalam aliran
gas.
Contoh paling sederhana adalah pengeringan padatan basah
dengan pengurangan jumlah kandungan air sebagai tujuan utama dan dehumidifikasi
aliran gas sebagai efek samping. Contoh proses dehumidifikasi adalah pada
menara pendingin, air panas dialirkan berlawanan arah dengan media pendingin
yaitu udara
Istilah dalam proses humidifikasi :
Istilah yang
penting digunakan dan berhubungan dengan humidifikasi adalah sebagai berikut :
Ø Humidity (ᴂ ) campuran udara – uap air didefinisikan
sebagai massa uap air dalam satu kilo udara kering. Humidity tergantung pada
tekanan parsial uap air ( rA ) dalam udara dan tekanan total P (101,3 kpa). Jika
berat molekul air = 18 dan udara = 29 maka humidity dalam kg/ H2O
udara kering :
ᴂ
Ø Humidity jenuh, udara jenuh adalah udara dalam uap air
yang setimbang dengan air pada tekanan dan temperatur tertentu. Humidity jenuh
adalah :
ᴂ
Ø Persen humidity didefinisikan sebagai 100 ᴂ/ ᴂo nilai jenuh dihitung pada temperatur bola
kering campuran. Persen humidity didefinisikan sebagai 100 ᴂ/ ᴂo yaitu jika udara menjadi jenuh pada tekanan
dan temperatur yang sama.
ᴂ
= 100 ᴂ/ ᴂo......... (3)
Ø Panas humid (Cs) adalah panas dalam J (kJ) yang
dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 kg udara kering + uap air yang
dibawahnya sebesar 1 K atau 10C.
Ø Volume humid adalah volume dalam m3 1 kg udara
kering + uap yang dibawahnya dihitung pada temperatur dan tekanan gas 1 atm.
Volume jenuh adalah volume humid dan gas jenuh. Menurut Banchero volume jenuh
adalah volume dalam ft3 1 lb kering + uap air yang diperlukan untuk
menjenuhkannya.
Ø Titik embun campuran udara – uap air adalah temperatur pada saat gas telah jenuh
oleh uap. Jika gas didinginkan, titik embun adalah temperatur pada saat
kondensasi pertama terjadi.
Ø Entalpi total 1 kg udara + uap air adalah J/kg atau kJ/kg
udara kering. Hubungan antara tekanan parsial uap air + panas laten dalam J/kg
atau kJ/kg gas = uap air pada To. Hubungan antara tekanan parsial uap dan
humidity gas dapat diturunkan sebagai berikut :
Massa
uap = Pw . Mw / R.T dan massa gas = (P – Pw) M.A / R.T
Jadi
humidity gas dapat dirumuskan sbb : [ Pw / (P – Pw) ] (Mw / MA) . . . . .
. (3)
Dan
humidity dapat gas jenuh adalah : [ Pw / (P – Pwo) ] (Mw / MA) . . .
. . . (4)
Pw
= tekanan parsial uap dalam gas
Pwo
= tekanan parsial gas jenuh
pada temperatur / suhu sama
MA = massa / berat rata – rata dari gas
P = tekanan total
R = konstanta gas 8,314 kJ/kmol. K
ᴂ = humidity gas jenuh
T = temperatur absolute
Dari
persamaan 1 dan 2 maka diperoleh :
Humidity
dalam persen :
=
[ (P - Po / (P – Pw) ] (100 Pw / Pwo)
=
[ (P - Pwo / (P – Pw) ] (humidity relatif dalam persen). . . . . . .
. (5)
Ø Temperatur jenuh adiabatic , suatu gas berupa campuran
uap air – udara dikontakkan dengan air dingin. Gas yang meninggalkan sistem
mempunyai humidity dan temperatur air dingin, yang berbeda dan proses ini
adalah proses adiabatic yaitu tidak ada panas yang ditambahkan atau di
hilangkan ke atau dari sistem. Temperatur air yang disirkulasi akan mencapai
temperatur keadaan lunak dan temperatur ini disebut temperatur jenuh adiabatic
(Ts). Udara yang meninggalkan sistem aan jenuh pada Ts dan mempunyai humidity
jenuh juga.
Ø Temperatur udara basah
Humidity
gas / udara akan naik bila gas dialirkan diatas / melalui cairan karena
penguapkan cairan. Temperatur cairan akan turun ke bawah temperatur gas dan
panas akan berpindah dari gas ke cairan. Pada kesetimbangan laju perpindahan
panas dari gas akan menyeimbangkan panas yang dibutuhkan untuk menguapkan
cairan dan cairan dikatakan pada temperatur bola basah.
IV.
Gambar Alat (terlampir)
V.
Langkah Kerja
v Percobaan humidifikasi tanpa pemanasan
1.
Memutar switch
(merah) searah jarum jam pada posisi ON
2.
Memutar switch
control air pressure (hitam) pada posisi ON
3.
Mengatur katup –
katup berikut :
V1 = terbuka
V2 = tertutup
V3 = tertutup
V4 = terbuka
V5 = tertutup
4.
Menekan tombol P2
(kompresor) ON
5.
Mengatur katup
utama (V9) sehingga didapat perbedaan tekanan orifice 40 mbar
6.
Melakukan
pencatatan
7.
Menekan tombol P1
(centrifugal pump) ON
8.
Mengatur kecepatan
sirkulasi air 70 L/ menit dengan katup V7 dan V8
9.
Menunggu 10 menit
kemudian mengambil data.
v Percobaan dengan pemanasan
1.
Mengatur katup –
katup berikut :
V1 =
tertutup
V2 = terbuka
V3 =
tertutup
V4 =
terbuka
V5 =
terbuka
V6 =
tertutup
2.
Mengatur katup
utama (V9) sehingga perbedaan tekanan orifice 50 mbar
3.
Mencatat data
temperatur
v Percobaan dehumidifikasi tanpa pemanasan
1.
Mengatur katup –
katup seperti diatas
2.
Menekan tombol P2
(kompresor) dan alur perbedaan tekanan 40 mbar
3.
Menunggu 10 menit,
melakukan pengambilan data.
VI.
Data Pengamatan
Humidifikasi
a)
Dengan sirkulasi air dan tanpa pemanasan
|
No
|
Tekanan udara keluaran kompresor
(mbar)
|
Flow
air
(mbar)
|
Udara masuk
|
Udara keluar
|
||||
|
Tw(oC)
|
Td(oC)
|
H
|
Tw(oC)
|
Tw(oC)
|
H
|
|||
|
1
2
3
|
60
60
60
|
30
50
70
|
27
27
27
|
34
35
35
|
0,0198
0,0193
0,0193
|
26
27
27
|
28
30
31
|
0,0204
0,0214
0,210
|
VII.
Perhitungan
§
Humidifikasi dengan sirkulasi air dan
tanpa pemanasan
Laju
udara keluaran kompresor =
Kecepatan udara x Luas pipa
=
v x A
=
12,20 m/s x (3,14 x (0,04m)2)
=
0,0612 m3/s = 61,2 l/s
Untuk laju alir air 30
L/menit
P udara
keluaran kompresor = 60 mbar = 0,06 atm
T
= Td = 34 0C + 273 = 307 K
V= 61,2 L/s x 120 s = 7344 liter
Ø Massa udara basah masuk ke kolom humidifikasi dapat
ditentukan dengan persamaan gas ideal
P.V = n R T
P.V = m/BM.R.T
m
Jadi,
massa udara basah = 
= 507,300
gr = 0,5073 kg
Massa
udara kering = massa udara
basah x 
= 0,5073
kg x 
= 0,
4974 kg udara
kering
Ø Kandungan H2O masuk kolom = massa udara kering
x humid masuk
= 0,4974 kg uk x 0,0198 kgH2O/kg uk
= 0,00985 kg H2O
Ø Kandungan H2O keluar kolom = massa udara
kering x humid keluar
= 0,4974 kg uk x 0,0204 kgH2O/kg uk
= 0,0101 kg H2O
Ø Jumlah H2O yang diserap = 0,0101 kg H2O - 0,00985 kg H2O
=
0,000297
kg H2O
= 0,297 gr H2O
Dengan
cara dan perhitungan yang sama didapatkan jumlah H2O yang terserap untuk flow
air yang berbeda, yaitu :
|
No
|
Flow
air
|
Udara masuk
|
Udara keluar
|
H20 yang Terserap
(Kg H2O)
|
||||
|
|
(mbar)
|
Tw(oC)
|
Td(oC)
|
H
|
Tw(oC)
|
Tw(oC)
|
H
|
|
|
1
|
30
|
27
|
34
|
0,0198
|
26
|
28
|
0,0204
|
0,0003
|
|
2
|
50
|
27
|
35
|
0,0193
|
27
|
30
|
0,0214
|
0,0011
|
|
3
|
70
|
27
|
35
|
0,0193
|
27
|
31
|
0,21
|
0,0967
|
VIII. Analisa
Percobaan
Pada percobaan diatas dapat
dianalisa bahwa humidifikasi adalah suatu proses penambahan kandungan air dalam
udara. Proses yang dilakukan yaitu dengan melewatkan aliran gas dari kompresor
diatas cairan yang kemudian akan menguap ke dalam aliran gas. Dalam praktek
dilakukan humidifikasi tanpa sirkulasi air dan pemanasan serta dengna sirkulasi
air.
Untuk
tanpa sirkulasi air dan pemanasan, tekanan yang digunakan yaitu 50 mmHg dan 60
mmHg. Selanjutnya temperatur basah dan kering diukur setiap 10 menit. Dari data
yang didapat terdapat perbedaan temperatur kering dan basah antara masuk dan
keluar. Ini disebabkan karena kandungan air bertambah dalam udara. Sedangkan
proses dengan sirkulasi air yaitu dengan tekanan 40 mmHg. Dari data yang
didapat temperatur masuk dan kering keluar mingkat, dikarenakan kandungan air
yang diserap oleh udara. Humidity atau kelembaban udara yaitu sebesar 0,02 kgH2O/
kg udara kering.
Proses
dehumidifikasi adalah suatu proses pengurangan kandungan air di dalam udara.
Proses dehumidifikasi ini dilakukan tanpa pemanasan. Dalam prosesnya sejumlah
udara dengan tekanan 40 dan 50 mmHg masuk dari atas, selanjutnya masuk dan akan
melewati silica gel yang terdapat di dalam alat tersebut. Silica gel ini
berfungsi untuk menyerap air yang terkandung dalam udara. Dari data yang
didapat, temperatur basah dan kering udara masuk dan keluar terdapat perbedaan.
Udara keluar lebih kecil dari udara masuk, karena air (H2O) telah
terserap oleh silica gel. Begitu juga dengan kelembaban udaranya.
IX.
Kesimpulan
Dari
percobaan diatas dapat disimpulkan :
a)
Humidifikasi adalah
proses penambahan kandungan air dalam udara sedangkan dehumidifikasi adalah
pengurangan / penghilangan kandungan air dalam udara.
b)
Humidifitas dari
udara tersebut didapat dari grafik pysycometric dengan memplotkan temperatur
basah dan kering
c)
Untuk humidifikasi
temperatur masuk lebih besar dibandingkan temperatur keluar karena terjadi
proses penyerapan H2O.
d)
Untuk
dehumidifikasi, temperatur masuk lebih kecil dibandingkan temperatur keluar
karena terdapat penyerapan H2O oleh silica gel.
e)
Penyerapan H2O
dalam humidifikasi yaitu 0.000288, 0.000352, 0.00262, kg H2O
sedangkan dehumidifikasi yaitu 0.000142, 0.000147, dan 0.001758 kg H2O.
