laporan wwc
Post on 31-Oct-2015
224 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
Laporan Praktikum Dinding Kolom Yang Terbasahi
(Wetted Wall Column)
Astry Eka Citrasari (1006775842)
Dio Prakoso (1006775855)
Muhammad Saefuddin (1006761055)
Yunita Florensia (1006761080)
TEKNOLOGI BIOPROSES
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA
-
DAFTAR ISI Bab 1 PENDAHULUAN ....................................................................................................................... 3 1.1 Tujuan Percobaan ................................................................................................................... 3 1.2 Prinsip Percobaan ................................................................................................................... 3 1.3 Teori Dasar ................................................................................................................................ 3 1.3.1 Perpindahan Massa/Difusi ........................................................................................... 3 1.3.2 Difusi Molekular pada Cairan ...................................................................................... 6 1.3.3 Koefisien Difusi Cairan .................................................................................................. 6 1.3.4 Difusi Molekular Gas ...................................................................................................... 7 1.3.5 Koefisien Difusi Gas ........................................................................................................ 9 1.3.6 Jenis Aliran Fluida .........................................................................................................10 1.3.7 Bilangan Reynold ..........................................................................................................12 1.3.8 Viskositas .........................................................................................................................12 1.3.9 Rapat Jenis (density) ...................................................................................................13 1.3.10 Debit Aliran .....................................................................................................................13 1.3.11 Koefisien Gesek ..............................................................................................................13 1.3.12 Hukum Fick .....................................................................................................................14 Bab 2 PENGOLAHAN DATA ............................................................................................................17 2.1 Prosedur Percobaan .............................................................................................................17 2.2 Data Pengamatan...................................................................................................................17 2.3 Pengolahan Data ....................................................................................................................18 2.3.1 Menghitung Harga Koefisien Perpindahan Massa ..............................................18 2.3.2 Menghitung Nilai k, a, b dari Hubungan antara Sh, Re dan Sc .........................24 Bab 3 ANALISIS ..................................................................................................................................31 3.1 Analisis Percobaan ................................................................................................................31 3.2 Analisis Hasil dan Perhitungan .........................................................................................32 3.2.1 Hubungan Laju Alir Udara terhadap Tin dry, Tout dry dan Twet .............................32 3.2.2 Hubungan Laju Alir Udara terhadap Difusivitas .................................................34 3.2.3 Hubungan Laju Alir Udara terhadap Koefisien Perpindahan Massa () ..35 3.2.4 Hubungan bilangan Sherwood, Reynold, dan Schmidt (a, b dan k) ..............36 3.2.5 Hubungan Laju Alir Udara terhadap Bilangan Sherwood (Sh) .......................36 3.2.6 Hubungan Bilangan Reynold (Re) terhadap Bilangan Schmidt (Sc) .............38 3.3 Analisis Alat dan Bahan .......................................................................................................38 3.3.1 Alat ....................................................................................................................................39 3.3.2 Bahan ................................................................................................................................41 3.4 Analisis Kesalahan ................................................................................................................42 Bab 4 PENUTUP .................................................................................................................................43 4.1 Kesimpulan..............................................................................................................................43 4.2 Saran..........................................................................................................................................43
-
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Tujuan Percobaan Menentukan besarnya koefisien pindah massa rata-rata dari lapisan tipis air ke dalam
aliran udara.
Mengamati karakteristik perpindahan massa air-udara pada suatu dinding kolom yang
terbasahi.
1.2 Prinsip Percobaan Mengkontakkan suatu larutan dengan larutan lain untuk mengamati proses perpindahan
massa (komponen) dari satu fasa ke fasa lain pada suatu dinding kolom yang terbasahi.
1.3 Teori Dasar 1.3.1 Perpindahan Massa/Difusi
Peristiwa perpindahan massa atau transfer massa atau difusi banyak dijumpai di
dalam kehidupan sehari-hari, di dalam ilmu pengetahuan dan di industri. Di industri,
pemisahan komponen-komponen dari campurannya menggunakan alat transfer massa seperti
absorbsi, distilasi, dll terjadi karena adanya transfer massa. Selain itu, kondisi optimum suatu
proses dapat ditentukan jika mekanisme dalam peristiwa transfer massa diketahui.
Proses difusi terjadi karena adanya perpindahan massa suatu zat dimana massa dapat
berpindah dari kondisi dengan konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Perpindahan massa
dapat terjadi dalam fasa gas maupun cair. Peristiwa difusi berakhir jika telah mencapai
keadaan setimbang antara dua keadaan (pada keadaan sebelumnya terdapat perbedaan
konsentrasi sehingga keadaan belum setimbang). Proses difusi dapat terus-menerus
berlangsung jika perbedaan konsentrasi antara dua kondisi dipertahankan. Hal ini
dapatdilakukan dengan mengalirkan fluida yang merupakan tempat akan berdifusinya suatu
molekul secara terus menerus. Proses difusi akan berhenti jika kondisi dari dua fluida sudah
sama atau setimbang.
Walaupun penyebab difusi umumnya karena gradien konsentrasi, tetapi difusi
dapat juga terjadi karena gradien tekanan, karena gradien suhu, atau karena medan gaya yang
diterapkan dari luar seperti pada pemisah sentrifugal. Difusi molekuler yang terjadi karena
gradien tekanan (bukan tekanan parsial) disebut difusi tekanan (pressure diffusion), yang
disebabkan karena gradien suhu disebut difusi termal (thermal diffusion), sedangkan yang
-
disebabkan oleh medan gaya dari luar disebut difusi paksa (forced diffusion). Terdapat
beberapa faktor yang memengaruhi kecepatan difusi, yaitu:
Ukuran partikel
Semakin kecil ukuran partikel, semakin cepat partikel itu akan bergerak,
sehinggak kecepatan difusi semakin tinggi.
Ketebalan membran
Semakin tebal membran, semakin lambat kecepatan difusi.
Luas suatu area
Semakin besar luas area, semakin cepat kecepatan difusinya.
Jarak
Semakin besar jarak antara dua konsentrasi, semakin lambat kecepatan difusinya.
Suhu
Semakin tinggi suhu, partikel mendapatkan energi untuk bergerak dengan lebih
cepat. Maka, semakin cepat pula kecepatan difusinya.
Laju difusi dinyatakan dalam:
Gas > Liquid > Solid
Jarak antar molekul dalam cairan lebih pendek dibandingkan dalam gas sehingga tubrukan
lebih sering terjadi dan perpindahan menjadi berkurang. Dengan demikian difusi akan
melambat.
Difusi molekular dapat didefinisikan sebagai perpindahan atau pergerakan suatu
molekul melewati suatu fluida dengan pergerakan yang acak dalam fluida diam atau dalam
fluida yang mengalir secara laminer. Dapat dibayangkan suatu molekul yang bergerak lurus
dan kemudian akan bergerak dengan acak akibat tabrakan dengan molekul yang lain. Karena
pergerakan molekul berlangsung dalam gerakan acak, maka pergerakan molekul sering
disebut sebagai Random-Walk Process. Laju difusi dapat dinaikkan dengan cara pengadukan
sehingga kondisi kesetimbangan dapat lebih cepat tercapai.
-
Gambar 1. 1 Gerakan acak pada proses difusi
Peristiwa lain yang juga termasuk sebagai peristiwa difusi adalah tinta biru yang
diteteskan dalam air bening. Tinta akan berdifusi perlahan-lahan ke seluruh bagian air hingga
diperoleh kondisi kesetimbangan (tidak adanya gradien konsentrasi). Difusi tidak terbatas
hanya pada perpindahan lapisan stagnant (diam) zat padat atau zat cair saja. Difusi juga
terjadi dalam fase fluida pencampuran fisika dan pusaran Eddy aliran turbulen, sama seperti
aliran kalor dalam fluida dapat terjadi karena konveksi. Peristiwa ini disebut difusi pusaran
(Eddy diffusion). Pada fluida yang mengandung banyak komponen yang akan berdifusi dalam
keadaan diam berlaku hukum Fick untuk campuran antara hukum A dan B, yaitu:
= . (1) : flux molar komponen A pada arah sumbu z untuk arah molekular (kgmolA/s.m2)
: difusi molekular molekul A melalui B (m2/s)
z : jarak difusi (m)
c : konsentrasi A dan B (kgmol/m3)
xA : fraksi mol dari A dari campuran A dan B
Jika c adalah konstan karena = maka: = = (2) Jika persamaan (1) disubstitusi ke persamaan (2) maka dapat diperoleh persamaan difusi
untuk konsentrasi yang konstan:
= (3) Persamaan (3) umumnya digunakan dalam berbagai aplikasi proses difusi molekular. Apabila
nilai c bervariasi, maka yang digunakan dalam persamaan (3) adalah nilai rata-ratanya. Untuk
aliran massa yang turbulen dengan konsentrasi yang konstan berlaku persamaan:
= ( + ) (4) Dengan difusivitas massa turbulen dengan satuan m
2/s.
-
1.3.2 Difusi Molekular pada Cairan Laju difusi molekular untuk cairan lebih kecil apabila dibandingkan terhadap laju
difusi molekul gas. Hal ini disebabkan jarak antara molekul dalam fasa cair lebih rapat
apabila dibandingkan dalam fasa gas. Umumnya koefisien difusi untuk gas lebih besar hingga
105 kali koefisien difusi cairan. Namun fluks pada gas tidak berbeda jauh dari fluks dalam
cair yaitu 100 kali lebih cepat, Hal itu disebabkan karena konsentrasi cair lebih besar
daripadakonsentrasi dalam fasa gas.
Persamaan difusi untuk cairan
Jarak molekul dalam cairan lebih rapat daripada dalam fasa gas, maka densitas
dan hambatan difusi pada cairan akan lebih besar. Hal ini juga menyebabkan gaya
interaksi antarmolekul sangat penting dalam difusi cairan. Perbedaan antara difusi
cairan dan difusi gas adalah bahwa pada difusi cairan difusifitas sering bergantung
pada konsentrasi daripada komponen yang berdifusi. Equimolar counter diffusion,
dimulai dengan persamaan umum fick kita dapat mensubstitusi untuk NA = NB
pada keadaan steady state,
= () = () (5) Dengan NA adalah flux komponen A dalam kgmol.A/s.m2 , DAB adalah difusivitas
A melalui B dalam m2/s, cA1 merupakan konsentrasi komponen A dalam
kgmol/m3 pada keadaan 1, dan xA1 merupakan fraksi mol komponen A dalam
keadaan 1, dan cAV didefinisikan sebagai:
= = (6) dengan cAV merupakan konsentrasi rata-rata total dari A+B dalam kgmol/m3, M1
merupakan berat molekul rata-rata larutan pada keadaan 1 dalam kgmassa/kgmol, dan
1 merupakan densitas rata-rata pada keadaan 1.
1.3.3 Koefisien Difusi Cairan Pada penentuan koefisien difusi cairan digunakan sel difusi. Sel difusi tersebut terdiri
atas N pipa kapiler yang panjangnya 5 mm dan diameternya 1 mm. untuk satu pipa kapiler
proses difusi dapat digambarkan pada alat:
-
Gambar 1. 2 Percobaan difusi cairan
Transfer nilai difusi:
= = (7) Jumlah mol yang telah berdifusi selama selang waktu dt melalui N pipa kapiler adalah:
= . (8)
=
(9)
Jika k = CM.CA, dan dianggap CA2
-
Bila dua gas A dan B pada tekanan total konstan P dalam dua ruang yang terhubung
oleh pipa dimana terjadi difusi molekular pada kondisi steady seperti yang
ditunjukkan pada gambar di bawah.
Gambar 1. 3 Equimolar counter diffusion gas A dan gas B
Pengaduk pada tiap ruang berfungsi untuk menjaga agar konsentrasi pada tiap ruang
tetapseragam. Tekanan parsial > dan > . Molekul A berdifusi ke
kanan dan molekul B ke kiri. Karena tekanan total P konstan, maka jumlah mol A
yang berdifusi ke kanan harus sama dengan jumlah mol B yang ke kiri. Jika tidak,
berarti tekanan total tidak konstan, sehingga
= (11) Subskrip z berlaku jika arah pergerakannya jelas. Hukum Fick untuk B pada c konstan
= (12) Karena P = pA + pB = konstan maka
c = cA + cB (13)
Mendiferensialkan kedua sisi
dcA = dcB (14)
Menyamakan persamaan (3) dengan persamaan (12) diperoleh
= = = () (15) Subtitusi persamaan (14) ke (15) sehingga
-
DAB = DBA (16)
Hal ini menunjukkan bahwa untuk campuran gas biner A dan B, koefisien difusivitas
DAB untuk A berdifusi ke B adalah sama dengan DBA untuk B yang berdifusi ke A.
Difusi gas A dan gas B dengan konveksi
Terjadi jika seluruh fluida berpindah dalam aliran konveksi ke arah kanan.
Kecepatanmolar rata-rata seluruh fluida relatif terhadap titik diam adalah vM m/s.
Komponen A tetapberdifusi ke kanan, namun sekarang kecepatan difusi vAd diukur
relatif terhadap fluida yang bergerak. Kecepatan A relatif terhadap titik diam adalah
jumlah dari kecepatan difusi dan kecepatan konveksi.
vA = vAd + vM (17)
Persamaan umum untuk difusi plus konveksi:
= + ( + ) (18)
1.3.5 Koefisien Difusi Gas Salah satu metode penentuan koefisien difusi gas adalah dengan menguapkan cairan
murni dalam tabung kapiler yang diisi dengan cairan A murni. Di atas bibir tabung dialirkan
gas B secara horizontal.
Gambar 1. 4 Difusi gas dengan menguapkan cairan ke udara
Laju transfer massa penguapan adalah:
= ... () (19)
-
Akibat penguapan yang terjadi, maka jumlah cairan A dalam tabung akan berkurang. Laju
pengurangan cairan A dalam tabung adalah sama dengan fluks NA dikalikan luas area
penampang tabung.
. = (20) Dengan menggabungkan persamaan (19) dan (20) menghasilkan:
= .
... ( ) (21) Mengintegrasikan:
= .
.. ( ) (22) Diperoleh waktu penurunan level cairan, tF, sebesar:
= .. ..() (23) = . .() .. (24) Dikarenakan gas B terus menerus mengalir, maka konsentrasi A di bibir tabung selalu sama
dengan nol atau PA2 = 0. Dengan memplot vs t akan diperoleh persamaan garis
dengan slope S.
= .. ... ( ) (25)
Atau
= ... .. . (26) Dengan
A : densitas cairan A
()
A1 : tekanan uap cairan A
DAB : koefisien difusi A dalam B
BMA : berat molekul A
PT : tekanan total
T : temperature absolute
1.3.6 Jenis Aliran Fluida A. Aliran Laminar
Aliran laminar adalah aliran fluida yang bergerak dengan kondisi lapisan-lapisan
(lamina-lamina) membentuk garis-garis alir yang tidak berpotongan satu sama lain
dengan satu lapisan meluncur secara lancar. Pada laju aliran rendah, aliran laminar
-
tergambar sebagai filamen panjang yang mengalir sepanjang aliran, atau sebagai
partikel fluida yang mengalir atau bergerak dengan bentuk garis lurus dan sejajar.
Aliran laminar jarang terjadi pada air dan tidak begitu penting dalam aliran udara,
tetapi terjadi dalam viskositas fluida yang tinggi seperti campuran sedimen dalam air,
es, dan lava. Alirannya relatif mempunyai kecepatan rendah dan fluidanya bergerak
sejajar (laminar) serta mempunyai batasan-batasan yang berisi aliran fluida. Dalam
aliran laminar ini viskositas berfungsi untuk meredam kecendrungan terjadinya
gerakan relative antara lapisan sehingga aliran laminar memenuhi hukum viskositas
Newton yaitu:
=
(27)
Gambar 1. 5 Aliran Laminar
B. Aliran Transisi
Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen.
C. Aliran Turbulen
Aliran turbulen adalah aliran fluida yang partikel-partikelnya bergerak secara acak
dan tidak stabil dengan kecepatan berfluktuasi yang saling interaksi. Akibat dari hal
tersebut garis alir antar partikel fluidanya saling berpotongan. Pada arus turbulen,
massa air bergerak ke atas, ke bawah, dan secara lateral berhubungan dengan arah
arus yang umum, memindahkan massa dan momentum. Dalam keadaan aliran
turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata
diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian kerugian aliran akibat pergerakan
dari partikel partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami percampuran
serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari
satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar.
-
Gambar 1. 6 Aliran Turbulen
1.3.7 Bilangan Reynold Osborne Reynolds yang pertama kali menemukan dan mengklasifikasikan jenis aliran pada
fluida. Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang dapat membedakan suatu
aliran itu dinamakan laminar, transisi atau turbulen. Untuk menentukan aliran itu turbulen
atau laminar harus dicari terlebih dahulu Reynolds numbernya dengan persamaan:
=
(28)
V = kecepatan (rata-rata) fluida yang mengalir (m/s)
D = diameter dalam pipa (m)
= massa jenis fluida (kg/m3)
= viskositas dinamik fluida (kg/m.s) atau (N.s/m2)
Dimana terdapat variabel massa jenis, kecepatan, diameter dan juga viskositas. Semakin
kecil viskositasnya maka bilangan Reynolds akan semakin besar, begitu pula sebaliknya.
Selain itu, jika kecepatan aliran semakin kecil maka bilangan Reynolds akan semakin kecil
pula. Hubungan antara bilangan Reynolds dengan penentuan apakah aliran suatu fluida yang
diamati memiliki jenis aliran laminar, turbulen atau transisi dapat diketahui dengan:
Apabila Reynolds number didapatkan hasil < 2000 maka aliran tersebut dinyatakan
sebagai aliran laminar.
Apabila Reynolds number didapatkan hasil 2000 < X < 4000 maka aliran tersebut
dinyatakan sebagai aliran transisi.
Apabila Reynolds number didapatkan hasil > 4000 maka aliran tersebut dinyatakan
sebagai aliran turbulen.
1.3.8 Viskositas Viskositas fluida merupakan ukuran ketahanan sebuah fluida terhadap deformasi atau
perubahan bentuk. Viskositas dipengaruhi oleh temperatur, tekanan, kohesi dan laju
-
perpindahan momentum molekularnya. Viskositas zat cair cenderung menurun dengan
seiring bertambahnya kenaikan temperatur hal ini disebabkan gaya gaya kohesi pada zat
cair bila dipanaskan akan mengalami penurunan dengan semakin bertambahnya temperatur
pada zat cair yang menyebabkan berturunya viskositas dari zat cair tersebut.
1.3.9 Rapat Jenis (density)
Density atau rapat jenis () suatu zat adalah ukuran untuk konsentrasi zat tersebut dan
dinyatakan dalam massa persatuan volume; sifat ini ditentukan dengan cara menghitung
nisbah (ratio) massa zat yang terkandung dalam suatu bagian tertentu terhadap volume
bagian tersebut. Hubunganya dapat dinyatakan sebagai berikut:
= (29)
= rapat jenis fluida (kg/m3)
m = massa fluida (kg)
= volume fluida (m3)
Nilai densitas/ rapat jenis dapat dipengaruhi oleh temperature, semakin tinggi temperatur
maka kerapatan suatu fluida semakin berkurang karena disebabkan gaya kohesi dari molekul-
molekul fluida semakin berkurang.
1.3.10 Debit Aliran Debit aliran dipergunakan untuk menghitung kecepatan aliran pada masing masing pipa
experimen diaman rumus debit aliran
= (30)
Dimana : Q adalah debit aliran (m3/s)
V = kecepatan aliran (m/s)
A = luas penampang (m2)
= volume fluida (m3)
1.3.11 Koefisien Gesek Koefisien gesek dipengaruhi oleh kecepatan, karena distribusi kecepatan pada aliran laminar
dan aliran turbulen berbeda, maka koefisien gesek erbeda pula untuk masing-masing jenis
aliran. Pada aliran laminar dalam pipa tertutup (closed conduits) mempunyai distribusi vektor
-
kecepatan seperti pada gambar (1). Pada aliran laminar vektor kecepatan yang berlaku adalah
kecepatan dalam arah z saja, sehingga analisa gaya Z adalah
pA + dAp ( p + dp )A = 0 (31)
dengan memasukkan nilai A = r2, maka diperoleh
(2rdz) - r2dp = 0 (32)
Gambar 1. 7 Distribusi tegangan aliran laminar dalam pipa bulat
1.3.12 Hukum Fick
I. Hukum Fick 1:
a. sejumlah M benda yang mengalir melalui satuan penampang melintang
(S) dalam waktu (t) dikenal sebagai aliran (J).
=
(33)
b. Aliran juga berbanding lurus dengan perbedaan konsentrasi (dC/dx)
=
(34)
II. Hukum Fick 2: perubahan konsentrasi terhadap waktu dalam daerah tertentu adalah
sebanding dengan perubahan dalam perbedaan konsentrasi pada titik itu dalam sistem
tersebut.
=
(35)
Pada suatu perpindahan massa WWC, laju pindah massa pada lokasi tertentu dapat
dihitung dengan mengintegrasikan persamaan hukum Fick kedua dengan menganggap NA =
0 (tidak ada perpindahan massa udara ke arah air).
-
Gambar 1. 8 Perpindahan massa pada dinding kolom yang terbasahi
Maka didapat: NA = ky,av (YAi - YA)M = ka,av (pAi pA0)M (36)
(Y Y)M = ()()[()/()] (37) Dimana:
ky,av ; ka,av = koefisien pindah massa rata-rata
(YAi - YA)M = beda konsentrasi rata-rata logaritmis
d(Lx) = d(Gy)
x = konsentrasi air di fasa air (konstan)
Jadi: dL = G dy + y dG (38)
dL - y dG = G dy
pada keadaan steady di mana dL = dG, maka
dL (1-y) = G dy (39)
=
= (40)
= ( ) (41)
= ( ) (42)
()() = (43) Jika
konstan, maka yi konstan sehingga
x + dx L + dL G + dG
y + dy
dZ
L G x y
air YAL
Udara YA0
-
()() = ln (44) Jadi:
=
ln
(45)
Nilai kG bergantung pada berbagai parameter percobaan dan biasanya dituliskan dalam
bentuk hubungan sebagai berikut:
Sh = K.Rea.Scb (46)
Dimana:
Sh : bilangan sherwood =
K : konstanta
Re : bilangan Reynold =
Sc : bilangan Scmidt =
d : diameter kolom
-
BAB 2 PENGOLAHAN DATA
2.1 Prosedur Percobaan Prosedur dari percobaan kali ini adalah sebagai berikut:
1. Menghidupkan kompresor untuk mengisi persediaan udara pasokan. Kemudian
mengalirkan udara ke dalam kolom, sekaligus menyalakan pompa untuk
mengalirkan air ke dalam kolom. Hal ini dilakukan oleh asisten.
2. Mengatur kecepatan air sesuai dengan yang diinginkan, minimal sampai air
terbasahi secara merata sepanjang dinding kolom.
3. Mencatat temperatur, tekanan, dan kelembaban relatif udara dalam kolom.
4. Menunggu sampai keadaan steady tercapai, praktiknya selama tiga menit.
5. Menguji jenis aliran apakah laminar, transisi, atau turbulen, dengan menghitung
bilangan Reynold cairan. Untuk mengukur Reynold aliran, perlu diketahui debit
aliran. Data debit diambil dengan mengukur volume air keluaran per satuan waktu
dengan gelas ukur.
6. Bila hasil Reynold tidak sesuai dengan jenis aliran yang diinginkan, mengubah
kecepatan aliran air dengan memutar pengatur kecepatan.
7. Mencatat temperatur udara masuk, temperatur keluar basah dan suhu keluar
kering, tekanan operasi, dan kelembaban relatif udara keluar.
8. Mengulangi percobaan untuk tiga jenis aliran yaitu laminar, transisi, dan turbulen,
dengan Reynold di bawah 2000, 2000 sampai 3000, dan di atas 3000, masing-
masing dengan empat variasi tekanan yaitu h 10, 20, 30, dan 40 mm.
2.2 Data Pengamatan Data yang didapatkan dari percobaan ini dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 2. 1 Data hasil percobaan
Jenis Aliran
Untuk Pengukuran Debit Air
Untuk Pengukuran Kecepatan Aliran
Untuk Pengukuran
Reynold Humidity Tout
Tin waktu
(s) volume (mL) A (cm
2) d (m) Dry wet
Laminer 5 0.234 180.864 0.048
0.65 29.5 30.5 29 0.66 29.5 30.5 28 0.66 29 30 26 0.67 29 29.5 27
Transisi 3 0.26 180.864 0.048 0.67 29 30 29
-
0.67 28.5 30 27 0.67 28.5 29.5 26 0.67 28.5 29.5 26
Turbulen 3 0.358 180.864 0.048 0.68 29 29.5 26 0.68 28.5 29.5 25 0.67 28.5 29.5 24
2.3 Pengolahan Data Pada percobaan dinding kolom yang terbasahi ini terdapat dua perhitungan yan
dilakukan, yakni menghitung nilai koefisien dari perpindahan massa yang terjadi selama
percobaan dan menghitung harga k, a, b dalam hubungan antara Sh, Re dan Sc.Data yang
diperoleh diolah dengan menggunakan Microsoft Excel sehingga mendapatkan hasil yang
ingin dicari. Parameter yang ingin dicari nilainya adalah sebagai berikut.
2.3.1 Menghitung Harga Koefisien Perpindahan Massa 1. Mencari Tbulk dan Tint
= + 2 = ln
2. Menghitung kelembaban absolut aliran udara masuk (HA0), kelembaban absolut aliran udara keluar (HAL) dan kelembaban absolut aliran udara pada suhu
interface (Hint).
Langkah-langkah:
a. Pada psychometric chart, Twet dtarik vertikal ke atas sampai bertemu garis
kelembaban 100%. Dari titik temu ini, kemudian dibuat garis yang sejajar
dengan garis adiabatic saturation curve.
b. Mencari titik potong dengan menarik Tin dry secara vertikal ke atas sampai
berpotongan dengan garis sejajar yang telah dibuat di atas. Kemudian tarik
garis horizontal ke kanan untuk melihat kelembaban absolut HA0.
c. Hal yang sama berlaku untuk HAL dan Hint dimana masing-masing digunakan
Tout dry dan Tint.
3. Menghitung fraksi mol uap air (YA0, YAL, YAi)
-
=
+ 1 Dengan MA = 18 gr/mol dan MB = 29 gr/mol
4. Menghitung tekanan parsial (PA0, PAL, PAi)
= +
Dengan Pt = tekanan total
5. Menghitung densitas udara, udara
=
Keterangan:
Suhu yang digunakan pada perhitungan densitas adalah Tin dry.
Tekanan yang digunakan pada perhitungan densitas adalah tekanan total, Pt. Di
sini diasumsikan Pt dapat digunakan karena perubahan tekanan yang terjadi
adalah kecil.
6. Menghitung laju alir volume udara (Q) dalam mL/detik.
Laju alir udara ditentukan dari grafik yang ada di bagian paling belakang modul
WWC di buku panduan praktikum POT.
Disini diasumsikan bahwa grafik tersebut merupakan hasil kalibrasi dari zat A
dan sudah merupakan laju alir udara ketika melalui kolom, bukan laju alir udara
ketika melewati manometer.
7. Menghitung laju udara, v
=
8. Menghitung laju alir massa udara (G) dalam satuan gmol/detik
=
9. Menghitung koefisien perpindahan massa (kG)
-
1 1 nl ) 1( =
-
Tabel 2. 2 Data-data yang diperoleh pada keadaan aliran laminer
h (cm) tin Dry tout Dry tout Wet humidity Tbulk Tint HA0 HAL Hint yA0 yAL yAi 1 29 29,5 30,5 65% 29,25 29,87 0,0288 0,0285 0,0284 0,0443 0,0439 0,0438 2 28 29,5 30,5 66% 28,75 29,62 0,0292 0,028 0,0285 0,0449 0,0439 0,0432 3 26 29 30 66% 27,5 28,73 0,029 0,0277 0,0278 0,0446 0,0429 0,0427 4 27 29 29,5 67% 28 28,74 0,0276 0,0267 0,0268 0,0426 0,0414 0,0412
Delta h Pt
(atm) PA0
(atm) PAL
(atm) PAi
(atm) udara
(gr/l) Q udara (ml/det)
v udara (cm/det)
G (gmol/det)
KG (gmol/cm2.det.atm)
1 1,00010 0,044346797 0,043905131 0,043758 1,170369 1350 74,64172 0,054483 0,004367 2 1,00019 0,044939398 0,04317229 0,043909 1,174371 1850 102,2868 0,074917 0,003789 3 1,00029 0,044649651 0,042733623 0,042881 1,18234 2250 124,4029 0,091733 0,013586 4 1,00039 0,042590037 0,041258509 0,041407 1,178513 2550 140,9899 0,103628 0,013126
Delta h DAB PBM Sh Re udara Sc log Sh log Re log Sc 1 102919394,6 0,95626527 4,770,E-10 23.295,557 0,00000000001519 -9,322 4,367 -10,818 2 100876543,5 0,9566526 4,188,E-10 32.032,697 0,00000000001519 -9,378 4,506 -10,818 3 93975348,58 0,95748277 1,565,E-09 39.223,073 0,00000000001519 -8,806 4,594 -10,818 4 94054846,58 0,95905439 1,514,E-09 44.308,924 0,00000000001519 -8,820 4,646 -10,818
-
Tabel 2. 3 Data-data yang diperoleh pada keadaan aliran transisi
h (cm) tin Dry tout Dry tout Wet humidity Tbulk Tint HA0 HAL Hint yA0 yAL yAi 10 29 29 30 67% 29 29,50 0,0279 0,0277 0,0275 0,0430 0,0427 0,0424 20 27 28,5 30 67% 27,75 28,86 0,0286 0,0279 0,0278 0,0440 0,0430 0,0429 30 25,5 28,5 29,5 67% 27 28,23 0,0282 0,0269 0,027 0,0435 0,0417 0,0415 40 25,5 28,5 29,5 67% 27 28,23 0,0282 0,0269 0,027 0,0435 0,0417 0,0415
Delta h Pt (atm) PA0
(atm) PAL
(atm) PAi
(atm) udara
(gr/l) Q udara (ml/det)
v udara (cm/det)
G (gmol/det)
KG (gmol/cm2.det.atm)
1 1,00010 0,043020574 0,042725357 0,04243 1,170369 1350 74,64172 0,054483 0,00218 2 1,00019 0,04405666 0,043024735 0,042877 1,178285 1850 102,2868 0,075166 0,009027 3 1,00029 0,043471466 0,041550706 0,041699 1,184321 2250 124,4029 0,091887 0,013592 4 1,00039 0,04347567 0,041554724 0,041703 1,184435 2550 140,9899 0,104149 0,015404
Delta h DAB PBM Sh Re udara Sc log Sh log Re log Sc 1 99941063,91 0,95751908 2,425,E-10 23.295,557 0,00000000001609 -9,615 4,367 -10,794 2 94968494,57 0,95724255 1,033,E-09 32.139,473 0,00000000001609 -8,986 4,507 -10,794 3 90200184,4 0,95866551 1,605,E-09 39.288,773 0,00000000001609 -8,795 4,594 -10,794 4 90191461,57 0,95875823 1,819,E-09 44.531,582 0,00000000001609 -8,740 4,649 -10,794
Tabel 2. 4 Data-data yang diperoleh pada keadaan aliran laminer turbulen
h (cm) tin Dry tout Dry tout Wet humidity Tbulk Tint HA0 HAL Hint yA0 yAL yAi
-
10 27 29 30 68% 28 28,99 0,0286 0,0278 0,0277 0,0440 0,0429 0,0427 20 25,5 29 29,5 68% 27,25 28,36 0,0282 0,0267 0,0271 0,0435 0,0418 0,0412 30 25 28,5 29,5 68% 26,75 28,10 0,0284 0,0272 0,0271 0,0438 0,0420 0,0418 40 24 28,5 29,5 67% 26,25 27,84 0,0289 0,0271 0,278 0,0445 0,0419 0,0418
Delta h Pt (atm) PA0
(atm) PAL
(atm) PAi
(atm) udara
(gr/l) Q udara (ml/det)
v udara (cm/det)
G (gmol/det)
KG (gmol/cm2.det.atm)
1 1,00010 0,044052399 0,042872988 0,042725 1,178171 1350 74,64172 0,054846 0,00696 2 1,00019 0,043467261 0,041250529 0,041843 1,184206 1850 102,2868 0,075544 0,005757 3 1,00029 0,043766284 0,041994642 0,041847 1,186308 2250 124,4029 0,092041 0,013619 4 1,00039 0,044506841 0,041850756 0,309459 1,190417 2550 140,9899 0,104675 0,022376
Delta h DAB PBM Sh Re udara Sc log Sh log Re log Sc 1 95964679,75 0,95729757 7,921,E-10 23.450,860 0,00000000001667 -9,101 4,370 -10,778 2 91170698,92 0,95864686 6,756,E-10 32.300,978 0,00000000001667 -9,170 4,509 -10,778 3 89241322,69 0,95836955 1,617,E-09 39.354,694 0,00000000001667 -8,791 4,595 -10,778 4 87323676,09 0,8174445 2,295,E-09 44.756,489 0,00000000001667 -8,639 4,651 -10,778
-
2.3.2 Menghitung Nilai k, a, b dari Hubungan antara Sh, Re dan Sc 1. Menghitung Difusivitas air di udara, DAB
5.0
5.25.0334.2
.
int4 11....1064.3
BACBCA
t
CBCA
CBCAAB MM
TTPPP
TTTxD
Dengan:
TCA = temperatur kritis air = 647.35 K
TCB = temperatur kritis udara = 132.45 K
PCA = tekanan kritis air = 218.29 atm
PCB = tekanan kritis udara = 37.2465 atm
Pt = tekanan total (atm)
2. Menghitung PBM
Bi
BL
BiBLBM
PP
PPPln
Dimana: PBL = (Pt PAL) dan PBi = (Pt - PAi)
3. Menghitung bilangan Sherwood (Sh)
ABt
BMG
DPdTRPkSh
..... int
4. Menghitung bilangan Reynold (Re)
=
5. Menghitung bilangan Schmidt (Sc)
=
a) Untuk aliran laminar
Untuk K dan Sc konstan, diperoleh penurunan seperti berikut
= = () =
log = +
-
25
Persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi
= + Dengan
= log ; = log ; = Sh Re log Sh Log Re
4,76967E-10 23295,55676 -9,32151 4,367273 4,18806E-10 32032,69735 -9,37799 4,505594 1,56495E-09 39223,07263 -8,8055 4,593542 1,5136E-09 44308,9245 -8,81999 4,646491
Didapat grafik
Dari grafik didapat persamaan
= 18,64 + 2,11 Seperti persamaan diatas
= = , Nilai didapat dan bisa digunakan untuk mencari nilai b
= ,
, = log , = +
Dengan
= log , ; = log ; =
y = 2.1109x - 18.64R = 0.6862
-9.5
-9.4
-9.3
-9.2
-9.1
-9
-8.9
-8.8
-8.74.35 4.4 4.45 4.5 4.55 4.6 4.65 4.7
Log
Sh
Log Re
-
26
Sh/Re^2,11 Sc log Sh/Re^2,11 log Sc 2,90765E-19 1,5194E-11 -18,5364575 -10,8183 1,3038E-19 1,5194E-11 -18,8847893 -10,8183 3,1778E-19 1,5194E-11 -18,4978735 -10,8183
2,37637E-19 1,5194E-11 -18,6240859 -10,8183
Dari grafik didapat persamaan
= 24,05 0,509 = = , = = 24,05;
= , Jadi nilai untuk aliran laminer nilai a : 2,11; b : -0,509; K : ,
b) Untuk aliran laminar
Untuk K dan Sc konstan, diperoleh penurunan seperti berikut
= = () =
log = + Persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi
= +
-19
-18.8
-18.6
-18.4
-18.2
-18-10.9 -10.8 -10.7 -10.6 -10.5
log
Sh/R
e^2,
11
Log Sc
-
27
Dengan
= log ; = log ; = Sh Re Log Sh Log Re
2,42501E-10 23295,56 -9,61528563 4,367273094 1,03342E-09 32139,47 -8,98572113 4,507038751 1,60474E-09 39288,77 -8,79459658 4,594268465 1,81888E-09 44531,58 -8,74019692 4,648668128
Dari grafik didapat persamaan
= 23,43 + 3,178 Seperti persamaan diatas
= = , Nilai didapat dan bisa digunakan untuk mencari nilai b
= ,
, = log , = +
Dengan
= log , ; = log ; =
Sh/Re^3,178 Sc Log Sh/Re^3,178 Log Sc 3,20273E-24 1,609E-11 -23,49447953 -10,794 4,90806E-24 1,609E-11 -23,30909028 -10,794
y = 3.1787x - 23.431R = 0.9443
-9.700
-9.500
-9.300
-9.100
-8.900
-8.700
-8.5004.200 4.300 4.400 4.500 4.600 4.700 4.800
Log S
h
Log Re
Transisi
-
28
4,02549E-24 1,609E-11 -23,39518176 -10,794 3,06433E-24 1,609E-11 -23,51366423 -10,794
Dari grafik didapat persamaan
= 70,72 4,386 = = , = = 70,72;
= , Jadi nilai untuk aliran transisi nilai a : 3,178; b : -4,386; K : ,
c) Untuk aliran turbulen
Untuk K dan Sc konstan, diperoleh penurunan seperti berikut:
= = () =
log = + log Persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi
= + Dengan
= log ; = log ; = Sh Re Log Sh Log Re
7,92064E-10 23450,86 -9,10124 4,370159 6,75601E-10 32300,98 -9,17031 4,509216
-23.6
-23.55
-23.5
-23.45
-23.4
-23.35
-23.3
-23.25
-23.2-11 -10 -9 -8 -7 -6 -5
Log s
h/Re
^3,1
78
Log Sc
-
29
1,61728E-09 39354,69 -8,79122 4,594997 2,29462E-09 44756,49 -8,63929 4,650856
Dari grafik didapat persamaan
= 16,66 + 1,707 Seperti persamaan diatas
= = , Nilai didapat dan bisa digunakan untuk mencari nilai b
= ,
, = log , = +
Dengan
= log , ; = log ; =
Sh/Re^1,707 Sc Log sh/Re^1,707 log Sc 2,74726E-17 1,667E-11 -16,56110059 -10,778 1,35662E-17 1,667E-11 -16,86754115 -10,778 2,31806E-17 1,667E-11 -16,63487477 -10,778 2,64058E-17 1,667E-11 -16,57830035 -10,778
y = 1.7073x - 16.662R = 0.6846
-9.300
-9.200
-9.100
-9.000
-8.900
-8.800
-8.700
-8.600
-8.5004.200 4.300 4.400 4.500 4.600 4.700 4.800
Log S
h
Log Re
Turbulen
-
30
Dari grafik didapat persamaan
= 0,962 1,457 = = , = = 0,962;
= , Jadi nilai untuk aliran turbulen nilai a : 1,707; b : -1,457; K : ,
-17
-16.8
-16.6
-16.4-11 -10.8 -10.6 -10.4 -10.2 -10
log
sh/R
e^1,
707
log Sc
Chart Title
-
31
BAB 3 ANALISIS 3.1 Analisis Percobaan
Pada percobaan ini dilakukan 3 variasi laju alir yaitu aliran laminar (Re < 2000),
transisi (2000 < Re < 4000), dan turbulen (Re > 4000). Pada setiap aliran dilakukan pula 4
variasi tekanan udara masuk. Variasi dari jenis laju alir ataupun tekanan udara bertujuan
untuk mengetahui karakteristik laju transfer massa antara keduanya serta waktu kontak yang
terjadi. Pada percobaan ini diukur suhu udara masuk sebelum kontak dengan air(Tin dry), suhu
udara keluar kering seteah interaksi dengan air (Tout dry), udara keluar basah merupakan suhu
yang dianggap sebagai referensi dimana pada (Tout wet) kelembaban relatifnya diasumsikan
100%, serta mengukur kelembaban relatif (RH).
Variasi jenis aliran (bilangan Reynold) diatur dengan cara merubah debit laju alir
menggunakan valve kecil. Diameter kolom yang terlalu besar menyebabkan perbedaan
bukaan valve yang sangat besar untuk merubah dari suatu jenis aliran menuju jenis aliran
lainnya. Oleh karena itu, dapat menyebabkan air yang dialirkan tumpah pada bagian atas
kolom, sehingga sulit untuk menganalisis kejadian atau percobaan yang terjadi. Variasi aliran
udara dari kompresor sendiri diatur menggunakan valve yang dapat menyebabkan perbedaan
tekanan (h) yaitu pada h = 1 cm, 2 cm, 3 cm, dan 4 cm. Hal ini berdasarkan persamaan
= Semakin besar h, semakin besar pula tekanannya. Pengukuran suhu dapat menggunakan
termometer raksa, sedangkan pengukuran kelembaban digunakan alat ukur digital untuk
mempermudah pengukuran karena letaknya berada di atas kolom yang cukup tinggi.
Air dialirkan melalui atas kolom menuju bawah kolom dan menyebabkan kolom terbasahi
karena sifat ikatan antar molekul air yang dapat mengikuti bentuk permukaan atau lapisan
kolom. Di lain sisi, udara dialirkan dari kompressor dengan suhu yang lebih tinggi dari suhu
air melalui bawah kolom menuju atas kolom. Keadaan aliran yang berlawanan meyebabkan
air akan tetap melapisi dinding kolom dan udara pada pusat lingkaran kolom. Pada keadaan
yang sama terjadi kontak antara air dan udara panas yang menyebabkan adanya perpindahan
kalor. Selain itu, arah aliran, wilayah kontak, dan perbedaan suhu dapat menyebabkan
perpindahan massa secara difusi dari air menuju aliran udara. Kondisi tersebut menghasilkan
kelembaban udara pada aliran keluar lebih tinggi karena membawa air yang terdifusi ke
udara.
Hal yang dipelajari dari percobaan ini adalah perpindahan massa antara air dan udara.
Perpindahan massa pada wetted-wall column adalah perbedaan tekanan uap air pada suhu
tertentu dengan tekanan parsial uap air dalam fasa ruah udara. Perpindahan massa secara
-
32
difusi tersebut akan terus berlangsung hingga keadaan setimbang dan tergantung terhadap
humiditas yang terjadi.
3.2 Analisis Hasil dan Perhitungan 3.2.1 Hubungan Laju Alir Udara terhadap Tin dry, Tout dry dan Twet
Percobaan kali mendapatkan laju alir untuk aliran laminar. Laju alir air dihitung
dengan mengukur volume air yang keluar kolom dalam waktu tertentu. Suhu udara masuk (T
in dry) dan suhu udara keluar (T out dry) diukur dengan termometer raksa. Pada aliran keluar juga
diukur T wet yang termometernya dengan ujung kapas dibasahi. T in dry merupakan suhu udara
kering sebelum berinteraksi dengan air, T out dry merupakan suhu udara kering setelah
berinteraksi dengan air dan T wet merupakan suhu yang dianggap mewakili keadaan dengan
kelembaban relatif 100%. Pada percobaan didapat hasil Twet > Tout dry > Tin dry, yang terlihat
pada grafik- grafik di bawah ini.
Gambar 3. 1 Grafik suhu pada aliran laminer
25
26
27
28
29
30
31
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Tem
pera
ture
Laju Alir (ml/s)
T in dry
T out ry
T wet
-
33
Gambar 3. 2 Grafik suhu pada aliran transisi
Gambar 3. 3 Grafik suhu pada aliran turbulen
T wet lebih tinggi daripada T out dry. Padahal seharusnya T wet lebih rendah karena
pembacaan suhu pada T wet dipengaruhi oleh kelembapan udara yang berada pada kain
basah yang menempel pada termometer. Secara teoritis, grafik diatas seharusnya
menunjukkan untuk h tertentu temperatur yang dihasilkan Tin dry > Tout dry > Twet, hal ini
terjadi karena pada sesaat sebelum udara masuk (belum ada kontak dengan air) kandungan air
dalam udara masih sangat sedikit, dengan besar kelembabannya sama dengan kelembaban
udara lingkungan (yang mengakibatkan suhu udara masukkan kolom sama dengan suhu
udara lingkungan). Setelah udara masukkan melewati kolom (kontak dengan air),
25
26
27
28
29
30
31
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Tem
pera
ture
Laju Alir (ml/s)
T in dry
T out ry
T wet
0
5
10
15
20
25
30
35
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Tem
pera
ture
Laju Alir (ml/s)
T in dry
T out ry
T wet
-
34
menyebabkan kandungan air pada udara keluaran kolom lebih banyak daripada pada udara
saat masuk ke dalam kolom. Hal ini dikarenakan telah terjadinya kontak antara udara dengan
air di dalam kolom, yang menyebabkan suhu udara air keluaran kolom memiliki suhu yang
lebih rendah karena adanya perpindahan kalor dari aliran udara kepada aliran air. Sedangkan
untuk Twet, adalah temperatur yang menunjukkan asumsi keadaan pada saat humidity 100%,
yang berarti kadar air yang di udara mencapai titik jenuhnya. Asumsi tersebut berarti
kandungan air di udara lebih banyak, maka semakin banyak kalor yang berpindah dari udara
ke air, sehingga terjadi kesetimbangan yang lebih kecil daripada ke air, sehingga terjadi
kesetimbangan yang lebih kecil daripada Tin dry dan Tout dry. Namun, grafik yang didapat
menunjukkan bahwa untuk setiap h tertentu, maka T wet > Tout dry > Tin dry. Kesalahan ini
terjadi bisa ditimbulkan karena sudah tidak presisinya alat yang digunakan.
3.2.2 Hubungan Laju Alir Udara terhadap Difusivitas Hubungan antara laju alir udara terhadap difusivitas pada aliran laminar ini
dagambarkan dalam bentuk grafik di bawah ini.
Gambar 3. 4 Grafik laju alir udara terhadap difusivitas pada aliran laminar
Hubungan laju alir udara dengan difusivitas dapat dilihat dari 2 sisi yaitu dari jenis aliran
airnya (laminar) dan kecepatan udaranya. Pada grafik diatas dapat terlihat bahwa, semakin
besar laju alir udaranya maka konstanta difusivitasnya semakin kecil. Hal ini karena dengan
meningkatnya kecepatan udara maka waktu kontak antara udara dengan air semakin cepat
sehingga menyebabkan semakin sedikitnya air yang akan berdifusi ke udara (laju difusi kecil)
yang ditunjukan dengan penurunan nilai konstanta difusivitasnya. Akan tetapi, pada laju alir
paling tinggi, difusivitas agak naik sedikit. Hal ini dikarenakan tidak stabilnya laju sistem
86,000,000
88,000,000
90,000,000
92,000,000
94,000,000
96,000,000
98,000,000
100,000,000
102,000,000
104,000,000
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Difu
sivi
tas
Laju Alir (ml/s)
Laminer
Transisi
Turbulen
-
35
terkadang lancar terkadang tersendat-sendat. Sehingga mengganggu peristiwa difusi
didalamnya.
Dari grafik diatas dapat pula dilihat perbandingan dari setiap jenis aliran. Seperti yang
telah dipelajari, alira turbulen adalah aliran yang paling kuat dan besar. Dan juga telah
disebutkan diatas bahwa semakin besar kecepatan maka difusivitas semakin kecil karena
waktu bersentuhannya semakin sedikit. Hal ini terbukti bahwa grafik turbulen terletak
dipaling bawah dibanding laminer dan transisi. Pada grafik turbulen didapat grafik yang
mulus yang sesuai dengan teori.
3.2.3 Hubungan Laju Alir Udara terhadap Koefisien Perpindahan Massa () Hubungan antara laju alir udara terhadap koefisien perpindahan massa (kG)
digambarkan seperti pada gambar di bawah ini:
Gambar 3. 5 Grafik laju alir udara terhadap koefisien perpindahan massa
Meningkatnya laju alir aliran udara menyebabkan kontak antara udara dengan air di dalam
kolom semakin besar sehingga interaksi antara air-udara di dalam kolom pun menjadi lebih
besar. Keadaan tersebut ditunjukkan dengan semakin meningkatnya nilai KG. Nilai
perpindahan massa ini sesuai dengan nilai difusivitas yang dibahas pada bagian sebelumya.
Pada bagian difusivitas terjadi grafik yang tidak cukup baik, hal tersebut pada akhirnya
berpengaruh pada nilai perpindahan massa ini. Ketika terjadi aliran yang tersendat
perpindahan massa yang terjadi pun menjadi lebih sedikit atau ketika terjadi aliran yang
terlalu deras dari laju alir yang diukur maka perpindahan massa menjadi lebih banyak.
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Koef
isien
Per
pind
ahan
Mas
s
Laju Alir (ml/s)
Laminer
Transisi
Turbulen
-
36
Dari ketiga aliran diatas, hanya aliran transisi yang mempunyai grafik mulus
meningkat tanpa naik turun. Hal ini dimungkinkan saat percobaan aliran transisi aliran udara
dan air tidak tersendat. Aliran turbulen menempati posisi paling atas dari titik awal dan titik
akhirnya. Hal ini sudah sesuai dengan teori bahwa semakin besar aliran semakin besar
koefisien perpindahan massa.
3.2.4 Hubungan bilangan Sherwood, Reynold, dan Schmidt (a, b dan k) Pada grafik hasil pengolahan data terlihat bahwa saat Sc (Bilangan schmidt) konstan,
Sh (bilangan sherwood) akan semakin kecil seiring dengan kenaikan Re (bilangan reynold).
Dari hasil pengolahan data dapat terlihat bahwa secara umum data data yang
diambil belum cukup akurat karena nilai regresi pada awalnya masih jauh dari 1. Hal ini
disebabkan oleh ketidakakuratan alat dalam menunjukkan harga humiditas maupun
temperatur. Oleh karena itu, pada pengolahan data dilakukan penghilangan data-data yang
tidak cukup bagus.
Pada percobaan ini, nilai k sangat kecil. Niliai k ini dicari dengan rumus =
.
Hal ini menunjukan semakin besar nilai a dan b maka Nilai k akan semakin kecil. Nilai k
akan sebanding dengan nilai bilangan Sherwood dan berbanding terbalik dengan bilangan
Schmidt dan bilangan reynold. Persamaan tersebut juga dapat diubah menjadi bentuk
logaritma yang semakin dapat memudahkan dalam menghitung nilai k, a dan b. Dari setiap
aliran, semua nilai K, a dan b sesuai dengan teori diatas.
3.2.5 Hubungan Laju Alir Udara terhadap Bilangan Sherwood (Sh) Hubungan antara laju alir udara terhadap bilangan Sherwood digambarkan seperti
pada gambar di bawah ini:
-
37
Gambar 3. 6 Hubungan laju alir udara terhadap bilangan Sherwood
Bilangan Sherwood merupakan bilangan yang tak berdimensi yang menunjukkan besarnya
kemampuan terjadinya perpindahan massa melalui proses difusi. Bilangan Sherwood (Sh)
dinyatakan dengan hubungan:
= . .. ..
Pada persamaan di atas dapat dilihat bahwa terdapat perbandingan antar koefisien
transfer massa dengan nilai difusivitas dari air ke udara. Jadi, dapat dimpulkan bahwa yang
dimaksud dengan angka Sherwood adalah suatu angka yang menunjukkan besarnya
perpindahan massa yang terjadi. Jika nilai dari koefisien perpindahan massa kG besar,
menunjukkan bahwa perpindahan massa yang terjadi pada sistem juga besar. Nilai kG yang
besar akan menyebabkan bilangan Sh yang besar. Sebelumnya juga telah diketahui dari
percobaan bahwa nilai kG berbanding lurus dengan nilai laju alir udara. Jadi, angka Sh yang
besar menunjukkan lebih banyak massa yang berpindah antar sistem (dalam percobaan ini
yaitu dari air ke udara), atau dapat didefinisikan bahwa angka Sh berbanding terbalik lurus
dengan nilai laju alir udara, sebagaimana ditunjukkan oleh grafik di atas. Alasan yang sama
masih medukung terjadinya tidak mulusnya grafik diatas. Dan grafik pada aliran transisi
masih menunjukkan kemulusan karena sebanding dengan koefisien pindah massa.
0.000.E+00
5.000.E-10
1.000.E-09
1.500.E-09
2.000.E-09
2.500.E-09
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Bila
ngan
Sher
woo
d
Laju Alir (ml/s)
-
38
3.2.6 Hubungan Bilangan Reynold (Re) terhadap Bilangan Schmidt (Sc)
Gambar 3. 7 Hubungan bilangan Reynold (Re) terhadap bilangan Schmidt (Sc)
Bilangan Schmidt menunjukkan hubungan karakteristik fluida dengan kemampuannya
berdifusi. Ketika aliran udara semakin turbulen maka waktu kontak antara air dan udara
semakin sedikit sehingga kemampuan berdifusi air ke udara semakin kecil akibatnya nilai
bilangan Schmidt semakin besar sesuai dengan rumus berikut:
ABDSc
.
Hubungan antara bilangan Sherwood dengan bilangan Reynold dan Schmidt adalah sebagai
berikut:
Sh = k Rea Scb
Dengan K, a, dan b adalah suatu konstanta. Semakin besar laju alir udara maka alirannya
semakin turbulen sehingga nilai bilangan Reynoldnya semakin besar. Dengan kata lain,
bilangan Schmidt berbanding terbalik dengan koefisien difusifitas. Dari grafik, teori tersebut
kurang sesuai karena adanya kesalahan yang akan dijelaskan pada bagian analisa kesalahan.
Grafik seharusnya menunjukkan trend positif akan tetapi data yang didapat tidak berbentuk
linear dengan variasi perubahan yang tidak menentu (kadang naik kadang turun) sehingga
sulit dilihat kecenderungan datanya.
3.3 Analisis Alat dan Bahan Berikut merupakan analisis terhadap peran dari alat dan bahan yang digunakan dalam
praktikum kali ini.
0.00000000001500
0.00000000001520
0.00000000001540
0.00000000001560
0.00000000001580
0.00000000001600
0.00000000001620
0.00000000001640
0.00000000001660
0.00000000001680
- 10,000.000 20,000.000 30,000.000 40,000.000 50,000.000
Bila
ngan
Schm
idt
Laju Alir (ml/s)
-
39
3.3.1 Alat 1. Kolom dengan aparatusnya
Kolom kaca menjadi alat utama dalam percobaan kali ini, lengkap dengan
aparatus yang menyokongnya tetap berdiri tegak. Alat ini digunakan sebagai tempat
terjadinya kontak antara lapisan tipis air dengan udara, yang kemudian akan dihitung
koefisien perpindahan massanya. Kolom juga digunakan untuk mengamati dan
menentukan lapisan tipis film air dalam percobaan. Bahan tembus pandang penting
untuk digunakan, karena dalam percobaan ini perlu diamati apakah lapisan film air
memenuhi seluruh dinding kolom atau tidak. Kolom ini memungkinkan juga untuk
memvariasikan kecepatan alir air, terlihat dari berubahnya laipsan tipis air di
sepanjang kolom. Diameter dari kolom adalah 4.8 cm.
Peralatan kolom juga dilengkapi dengan pengatur laju alir air dan udara. Hal
ini memungkinkan untuk memvariasikan laju alir air untuk mendapatkan variasi jenis
aliran, yaitu laminar, transisi, dan turbulen. Laju alir udara juga dapat divariasikan
untuk mendapatkan variasi tekanan operasi yaitu h 10, 20, 30, dan 40 mm.
Gambar 3. 8 Kolom beserta aparatusnya (Sumber: discoverarmfield.co.uk)
2. Termometer
Termometer berfungsi sebagai alat pengukur suhu yang dapat menjadi indikasi
perpindahan kalor terjadi atau tidak. Data ini juga penting untuk perhitungan data.
Termometer yang digunakan ada tiga, untuk mengukur suhu udara masuk, suhu udara
-
40
kering, dan suhu udara basah. Untuk mengukur suhu udara basah atau jenuh air, ujung
termometer diberi kapas basah.
Gambar 3. 9 Termometer celcius
Termometer yang digunakan adalah termometer yang memiliki skala terkecil
1oC, sehingga ketelitiannya 0.5oC. Ketelitian yang rendah menyebabkan sangat
mungkin terjadi kesalahan pada pengamatan data. Padahal, suhu menjadi salah satu
data yang penting dalam percobaan ini.
3. Higrometer
Higrometer digunakan untuk mengetahui kelembaban udara. Kelembaban
dapat menjadi indikasi terjadinya perpindahan massa. Higrometer yang digunakan
adalah higrometer digital seperti gambar berikut. Karena bersistem digital, maka
akurasi dari alat ini cukup tinggi.
Gambar 3. 10 Higrometer digital (Sumber: studioscene)
4. Pengukur tekanan
Pengukur tekanan yang digunakan adalah pengukur tekanan berbasis pada
ketinggian cairan pada pipa U. Perbedaan tekanan menjadi salah satu cariasi dalam
percobaan kali ini, yaitu h 10, 20, 30, dan 40 mm. Tekanan berubah ketika laju udara
berubah. Alat ini tidak memiliki skala, sehingga praktikan menggunakan penggaris
untuk mengukurnya. Ketelitian penggaris 0.5 mm.
-
41
Gambar 3. 11 Pengukur tekanan (sumber: dok.pribadi)
5. Gelas ukur
Gelas ukur digunakan untuk mengukur volume keluaran air dari kolom.
Volume ini digunakan untuk menghitung debit air, yang akan berguna untuk mencari
laju alir air.
6. Kompresor
Kompresor digunakan untuk memompa udara masuk ke dalam kolom.
Spesifikasi tentang kecepatan dan tekanan alat tidak diketahui praktikan. Kompresor
menjadi salah satu gaya penggerak dalam percobaan ini.
7. Pompa
Pompa digunakan untuk memompa air masuk ke dalam kolom. Spesifikasi
tentang kecepatan dan tekanan alat tidak diketahui praktikan. Pomopa menjadi salah
satu gaya penggerak dalam percobaan ini.
3.3.2 Bahan Air dan udara adalah dua bahan yang akan dikontakan, dan diharapkan terjadi
perpindahan massa. Kedua bahan ini digunakan karena memungkinkan untuk mempelajari
dua peristiwa menggunakan bahan ini, yaitu perpindahan massa dan perpindahan kalor. Tentu
saja penggunaan bahan ini akan berdampak pada efisiensi biaya, karena bahan ini berharga
murah.
-
42
3.4 Analisis Kesalahan Pada saat melakukan percobaan, dimungkinkan terjadinya beberapa kesalahan yang
dapat menyebabkan atau mengakibatkan terjadinya error jika dibandingkan dengan teoritis.
Kesalahan tersebut antara lain:
Kondisi instalasi alat yang kurang mendukung.
Hal ini terjadi pada pemasangan termometer raksa yang miring. Begitu pula dengan
kondisi laju alir dari kelar yang tidak stabil karena aliran terbagi untuk beberapa ruang
yang tidak dapat dikontrol, sehingga dapat menyebabkan kesalahan dalam pembacaan
atau pengambilan data. Selain itu kondisi kompressor dan steam menghasilkan udara
yang tidak 100% kering. Kondisi demikian menyebabkan proses difusi lebih rendah
dibandingkan jika dalam keadaan awal udara benar-benar kering.
Skala atau ketelitian alat ukur.
Skala alat ukur yang digunakan ternyata kurang presisi karena pada saat percobaan
dihasilkan pembacaan yang tidak tepat pada garis ketelitian alat ukur. Pada kasus ini
maka dilakukan pembulatan karena harus mengikuti kaidah pembacaan data
berdasarkan skala yang ada.
Sulit mendapatkan keadaan yang steady
Percobaan dengan berbagai variasi dalam satu perangkat alat membutuhkan waktu
pencapaian menuju keadaan steady yang cukup lama. Di lain hal, tidak ada alat yang
dapat mengontrol keadaan steady tersebut, sehingga data yang diambil mungkin saja
pada keadaan non steady. Permasalahan tersebut dipecahkan dengan cara melihat
keadaan suhu yang dimungkinkan sudah stabil. Meskipun pada kenyataanya keadaan
tersebut sulit terjadi karena aliran kompressor berubah-ubah yang terlihat dari h
yang tidak stabil.
-
43
BAB 4 PENUTUP 4.1 Kesimpulan
o Arah aliran, wilayah kontak, dan perbedaan suhu dapat menyebabkan perpindahan massa secara difusi dari air menuju aliran udara.
o Kelembaban udara pada aliran keluar lebih tinggi karena membawa air yang terdifusi ke udara.
o Semakin besar laju alir udara maka konstanta difusivitasnya semakin kecil. o Semakin besar laju alir udara maka nilai koefisien perpindahan massa (KG) juga akan
mengalami peningkatan.
o Nilai koefisien massa untuk tiap percobaan adalah: untuk aliran laminer; K : , untuk aliran transisi; K : , untuk aliran turbulen; K : ,
o Beberapa kesalahan dapat dipecahkan dengan cara pembulatan dan melihat kondisi atau keadaan tertentu sehingga memperkecil kesalahan jika dibandingkan dengan
teoritis.
4.2 Saran Diperlukan data awal berupa kelembaban awal untuk mengetahui perubahan
humiditas pada aliran udara masuk dan humiditas pada aliran udara keluar.
Diperlukan waktu dan ketelitian untuk mencapai atau pun mengetahui keadaan yang
telah steady atau stabil.
top related