BAB
Satuan Operasi Teknologi Pengolahan Hasil Perkebunan
Politeknik Negeri Pontianak
BAB VIEVAPORASI DAN KONDENSASI
Setelah menyelesaikan bab ini ditunjang dengan menjawab
pertanyaan lisan yang diajukan dosen, dan menyelesaikan contoh soal
secara tertulis, anda dapat menggunakan dan mengetahui
prinsip-prinsip kerja evaporator.
Keberhasilan anda dalam menguasai bab ini dapat diukur dengan
kriteria sebagai berikut :
1. Menjelaskan pengertian evaporasi
2. Menerangkan beberapa sifat zat cair umpan dan pengaruhnya
terhadap kinerja evaporator
3. Mengklasifikasikan evaporator dalam efek tunggal dan efek
berganda
4. Menerangkan jenis-jenis evaporator dan hubungannya dengan
sifat zat cair umpan
5. Menentukan unjuk kerja evaporator
R.L. Earle 1983, Unit Operations in Food Processing, Bab 7,
Sydney: Pergamon Press
Sutardi (2001) Satuan Operasi II, Bab III, Yogyakarta:
FTP-UGM6.1 Evaporasi dan boiling
Evaporasi adalah suatu operasi yang bertujuan untuk memekatkan
larutan yang terdiri dari zat terlarut yang tak mudah menguap dan
pelarut yang mudah menguap. Pada dasarnya pada proses evaporasi
terjadi perubahan fasa dari cair menjadi gas, dengan mana proses
pendidihan sebagai awal proses evaporasi. Panas yang diberikan
melebihi temperatur titik jenuh cairan akan menyebabkan proses
evaporasi terjadi. Gas yang dihasilkan pada proses evaporasi yang
biasa disebut uap basah yang merupakan campuran uap dan cairan
jenuh. Hal tersebut menyatakan bahwa pada peristiwa evaporasi
melibatkan dua fasa pada alirannya yang biasa disebut aliran dua
fasa. Peristiwa lain yang melibatkan dua fasa adalah kondensasi.
Perubahan fasa yang terjadi melibatkan energi yang besar, sehingga
perubahan tidak secara spontan. Pada proses penguapan (evaporasi)
tentunya didahului oleh proses pendidihan (boiling), sehingga
sangat penting untuk terlebih dahulu mengenal proses pendidihan
(boiling) dan penguapan (evaporasi) serta kondensasi. Pada fenomena
pendidihan terjadi perpindahan panas dan massa secara konveksi dan
juga perubahan fase dari cair menjadi gas. Gas yang terbentuk
berupa gelembung akan terangkat dan lepas keudara yang disebut
penguapan. Kondisi pendidihan dan penguapan dapat diilustrasikan
pada gbr 6.1.
Gambar 6.1Gelembung uap air terjadi karena perubahan fase dan
pada massa yang sama volume gas lebih besar. Pada permukaan solid
terbentuk gelembung-gelembung uap yang semakin membesar dan lepas
dari permukaan. Faktor yang mempengaruhi kondisi tersebut:1. Beda
suhu 2. Kondisi permukaan solid3. Sifat thermofisis cairan (contoh:
teg. Permukaan)
1. Pool boiling (didih kolam) terjadi bila permukaan yang
dipanaskan terbenam dibawah permukaan bebas zat cair. Cairan tidak
bergerak. Gerakan diinterface akibat konveksi alami dan mixing oleh
muncul dan lepasnya gelembung.
2. Force convection boiling, gerakan cairan akibat gaya luar
selain juga akibat konveksi alami dan mixing3. Sub cooled boiling
(didih dingin lanjut), Jika suhu zat cair lebih rendah dari suhu
jenuh dan biasa disebut didih lokal (local boiling). Gelembung uap
dapat mengembun kembali dicairan 4. Saturated boiling (didih
jenuh), Jika zat cair dipertahankan pada suhu jenuh. Suhu cairan =
suhu jenuh, sehingga gelembung uap akan menerobos cairan menuju ke
atas dan lepas dipermukaan (akibat gaya apung)Bila kita
memperhatikan sebuah flat rata vertikal yang bersinggungan dengan
uap, dan jika suhu flat lebih rendah dari suhu jenuh, akan terjadi
kondensasi pada permukaan flat. Sebagai pengaruh gravitasi embun
akan mengalir ke bawah.6.2 Kondensasi
1. Pada kondensasi film, permukaan tertutup oleh film yang
semakin tebal saat mengalir ke bawah. Pada film tersebut terdapat
gradien temperatur, dan film ini merupakan suatu tahanan termal
terhadap perpindahan panas.2. Pada kondensasi tetes, sebagian besar
permukaan terbuka terdapat uap dan tidak terdapat rintangan film
terhadap perpindahan panas, sehingga perpindahan panas kondensasi
tetes lebih tinggi dari perpindahan panas kondensasi filmPada
kondensasi film, permukaan tertutup oleh film yang semakin tebal
saat mengalir ke bawah. Pada film tersebut terdapat gradien
temperatur, dan film ini merupakan suatu tahanan termal terhadap
perpindahan panas. Pada kondensasi tetes, sebagian besar permukaan
terbuka terdapat uap dan tidak terdapat rintangan film terhadap
perpindahan panas, sehingga perpindahan panas kondensasi tetes
lebih tinggi dari perpindahan panas kondensasi film
Beberapa Sifat Penting Zat Cair UmpanKonsentrasi. Titik didih
larutan akan meningkat jika konsentrasi meningkat. Densitas dan
viskositas juga meningkat dengan naiknya konsentrasi larutan
sehingga larutan menjadi jenuh, akan menghambat perpindahan kalor
dan jika dididihkan terus akan terbentuk kristal.
Pembentukan busa. Terutama zat organik akan membusa saat
diuapkan, dan ikut keluar bersama uap.
Kepekaan terhadap suhu.
Pembentukan kerak. Larutan tertentu menyebabkan kerak pada
permukaan pemanas sehingga menghambat transfer panas.
Operasi Efek Tunggal Dan Efek BergandaBila hanya digunakan satu
evaporator saja, uap terbentuk dikondensasikan dan dibuang,
dinamakan operasi efek tunggal. Penggunaan sederetan evaporator
dengan menggunakan uap yang dihasilkan dari evaporator sebelumnya
sebagai media pemanas dinamakan operasi efek jamak.
Jenis-jenis evaporatorEvaporator vertikal tabung panjang-film
panjat. Zat cair dan uap mengalir ke atas di dalam tabung panas
sebagai akibat peristiwa didih, dan akan dipisahkan oleh separator.
Sangat efektif untuk penguapan larutan yang mudah membusa.
Evaporator vertical tabung panjang-film jatuh. Zat cair masuk
dari atas mengalir ke bawah bersama uap yang dihasilkan di dalam
tabung panas, dan akan dipisahkan oleh separator. Digunakan untuk
pemekatan larutan yang peka terhadap panas dan viskos.
Evaporator vertical tabung panjang-sirkulasi paksa. Koefisien
perpindahan panas akan tinggi dengan memaksa aliran umpan masuk
evaporator. Misalnya menggunakan pompa. Sehingga alat ini efektif
untuk larutan viskos, peka terhadap suhu, maupun yang cendrung
membusa.
Evaporator film aduk. Untuk meningkatkan koefisien perpindahan
panas umpan dibuat turbulen dengan memasukkan larutan dari bagian
atas dan disebarkan menjadi film tipis dengan bantuan daun-daun
vertical agitator. Efektif untuk larutan yang sangat viskos.
Unjuk kerja evaporator tabungUkuran pokok untuk menilai unjuk
kerja (performance) evaporator jenis tabung dengan pemanasan uap
adalah kapasitas dan ekonominya. Kapasitas didefinisikan sebagai
banyaknya pon air yang diuapkan per jam. Ekonomi ialah banyaknya
pon yang diuapkan per pon uap yang diumpankan ke dalam unit
itu.Kapasitas evaporator.Laju perpindahan kalor (q) melalui
permukaan pemanasan suatu evaporator, ialah hasil kali dari tiga
faktor yaitu luas permukaan perpindahan kalor (A), koefisien
perpindahan kalor menyeluruh (U), dan penurunan suhu menyeluruh
((T),
atau, q = U.A.(T
Umpan masuk evaporator itu berada pada suhu didih sesuai dengan
tekanan absolut ruang uapnya, semua kalor yang berpindah melalui
permukaan pemanas dapat digunakan untuk evaporasi, dan kapasitasnya
menjadi q. Jika umpannya dingin, kalor yang diperlukan untuk
memanaskannya sampai suhu didih mungkin cukup tinggi, sehingga
kapasitasnya untuk suatu nilai q tertentu akan berkurang sesuai
dengan itu, karena kalor yang digunakan untuk memanaskan umpan
tidak dapat digunakan untuk evaporasi. Sebaliknya, jika umpan itu
berada pada suhu di atas titik didih pada ruang uap, sebagian dari
umpan akan menguap secara spontan melalui penyeimbangan adiabatik
dengan tekanan ruang uap, dan kapasitas evaporator akan lebih besar
dari yang ditunjukkan q. Proses ini disebut evaporasi kilatan
(flash evaporation).
Koefisien perpindahan-kalor.
Koefisien film-uap. Koefisien film-uap selalu tinggi, juga jika
kondensasi film. Untuk mendapatkan kondensasi tetes, dan dengan
demikian koefisien yang lebih tinggi lagi, kepada arus uap itu
biasanya ditambahkan promotor. Oleh karena adanya gas yang tak
mampu kondensasi dapat menyebabkan turunnya koefisiensi film uap,
maka harus ada ventilasi untuk membuang gas-gas tak mampu
kondensasi dari rongga uap pemanas dan mencegah udara masuk bila
tekanan uap lebih rendah dari tekanan atmosfir.
Koefisiensi sisi zat cair. Koefisiensi sebelah ke zat cair
sangat bergantung pada kecepatan zat cair di atas permukaan
panas.
Koefisiensi menyeluruh. Apabila ada pembentukan kerak,
koefisiennya dapat berkurang.
Ekonomi evaporator.
Faktor utama yang mempengaruhi ekonomi sistim evaporator ialah
banyaknya efek. Ekonomi evaporator juga dipengaruhi oleh suhu
umpan. Jika suhu umpan lebih rendah dari titik didih di dalam efek
pertama, beban pemanasan itu akan menggunakan sebagian dari entalpi
penguapan uap panas, dan hanya sebagian yang tersisa untuk
evaporasi. Jika suhu umpan lebih tinggi dari titik didih, kilat
yang terjadi akan menyebabkan evaporasi lebih tinggi dari yang bias
dibangkitkan oleh entalpi penguapan uap itu.
Evaporasi adalah suatu operasi yang bertujuan untuk memekatkan
larutan yang terdiri dari zat terlarut yang tak mudah menguap dan
pelarut yang mudah menguap.
Beberapa sifat zat cair umpan yang mempengaruhi kinerja
evaporator yaitu konsentrasi, titik didih, densitas dan viskositas,
kecendrungan terbentuknya busa, kepekaan terhadap suhu, serta
pembentukan kerak.
Ditinjau dari segi pemanfaatan uap untuk sumber panas,
evaporator diklasifikasikan ke dalam operasi efek tunggal dan
operasi efek jamak. Terdapat beberapa tipe evaporator yang
pengunaanya spesifik untuk sifat umpan tertentu.
Bila hanya digunakan satu evaporator saja, uap terbentuk
dikondensasikan dan dibuang, dinamakan operasi efek tunggal.
Penggunaan sederetan evaporator dengan menggunakan uap yang
dihasilkan dari evaporator sebelumnya sebagai media pemanas
dinamakan operasi efek jamak.
Unjuk kerja evaporator dapat dinilai dari kapasitas yaitu
sebagai banyaknya pon air yang diuapkan per jam dan ekonomi yaitu
banyaknya pon yang diuapkan per pon uap yang diumpankan ke dalam
unit itu.
Sebuah evaporator efek tunggal digunakan untuk memekatkan 20.000
lb/jam (9.070 kg/jam) larutan natrium hidroksida dari 20 persen
menjadi 50 persen zat padat. Hitunglah berapa banyaknya uap yang
terpakai ?
HASIL PEMBELAJARAN
KRITERIA PENILAIAN
99 C
LATIHAN
RANGKUMAN
102 C
SUMBER PUSTAKA
PAGE Agato, ST, M.Eng Untuk Kalangan SendiriLamria Mangungsong,
STP., M.Sc57
