laporan wwc

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


v udara (cm/det)

G (gmol/det)


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


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


v udara (cm/det)

G (gmol/det)


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


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


= 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




= ,

, = 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


= 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




= ,

, = 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


= 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.

laporan wwc

Documents