Upload
rita-yulianda
View
268
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
7/24/2019 Wetted Wall Column
1/45
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Tujuan Percobaan
1. Menentukan besarnya koefisien perpindahan massa rata-rata dari lapisan
tipis air ke dalam aliran udara, serta mengamati karakteristik perpindahan massa air-
udara pada suatu dinding kolom yang terbasahi.
2. Mengamati dan memahami hubungan antara kelembaban udara relative(HR) dan absolute (H) terhadap laju alir fluida di kolom dinding terbasahi (Wetted
Wall Column).
3. Mengamati dan memahami laju alir fluida terhadap koefisien perpindahan
massa (kG) dari lapisan tipis air ke dalam aliran udara.
. Memahami hubungan antara bilangan !her"ood terhadap koefisien
perpindahan massa (kG) air ke udara dalam ##$.
1.2. Dasar Teori
%perasi perpindahan massa digunakan untuk memisahkan komponen-komponen
dalam suatu larutan dengan jalan mengkontakkan larutan tersebut dengan larutan lain
yang tak dapat larut. &e'epatan larutan setiap komponen dari suatu fasa ke fasa lain
bergantung pada koefisien perpindahan massa serta gradient konsentrasi
kesetimbangannya. erpindahan akan berhenti bila keseimbangan telah ter'apai.
ilai koefisien pindah massa bergantung pada komponen fasa yang ditinjau,
ke'epatan aliran kedua fasa serta keadaan sistem itu sendiri. &arakteristik perpindahan
massa pada keadaan laminer akan berbeda dengan perpindahan massa pada keadaan
turbulen. *ika suatu larutan mengandung komponen-komponen dengan konsentrasi yang
merata di semua tempat maka tidak akan terjadi perubahan konsentrasi, tetapi jika
1
7/24/2019 Wetted Wall Column
2/45
konsentrasi tersebut tidak merata maka larutan tersebut se'ara spontan akan menjadi
merata melalui mekanisme yang disebut difusi. &omponen akan bergerak dari konsentrasi
tinggi ke konsentrasi yang lebih rendah.
!e'ara teoritis proses difusi dapat terjadi melalui dua mekanisme, yaitu+
1. Mekanisme difusi molekular (molecular diffussion)+ roses ini sering terjadi pada
fluida yang tidak mengalir. al di sekitar kita melibatkan mekanisme difusi jenis ini,
diantaranya adalah gula pasir yang dimasukkan ke dalam air akan melarut dan
berdifusi ke dalam larutan air, begitu juga dengan kasus pakaian basah yang dijemur
akan menjadi kering se'ara perlahan akibat adanya difusi dari air ke udara.
2. Mekanisme perpindahan massa konveksi (mass transfer convection) adalah
mekanisme perpindahan yang melibatkan adanya konveksi paksaan untuk
meningkatkan laju perpindahan. $ontoh + at pe"arna yang diteteskan ke dalam
segelas air akan berdifusi se'ara perlahan-lahan melalui mekanisme difusi molekular,
apabila se'ara mekanik larutan tersebut diaduk maka akan terjadi mekanisme
perpindahan massa konveksi.
arga koefisien perpindahan massa bergantung kepada komponen fasa yang
ditinjau, ke'epatan aliran kedua fasa, "aktu kontak antar kedua fasa, serta keadaan
system itu sendiri. &arakteristik perpindahan massa pada keadaan laminar akan berbeda
dengan perpindahan massa pada keadaan turbulen. Meskipun dalam per'obaan Wetted
Wall Column ini tidak ditujukan untuk pemisahan komponen, tetapi 'ukup dapat
digunakan untuk menerangkan mekanisme perpindahan massa serta untuk memahami
karakteristik perpindahan massa se'ara umum.
1.2.1 Hukum Fick Pertama dan edua
ila ditinjau komponen / bergerak di dalam suatu larutan, maka laju pindah
massa / dalam arah per-satuan luas (flu0 /) didefinisikan sebagai berikut+
z
CCD
z
CDJ AAB
A
ABA
=
=
ersamaan diatas biasa disebut sebagai ukum i'k pertama. ukum i'k
2
(1)
7/24/2019 Wetted Wall Column
3/45
ertama didasarkan adanya pemahaman mengenai gradien konsentrasi antara dua titik
akibat terjadinya difusi molekular (mole'ular diffusion), yang dapat didefinisikan sebagai
proses perpindahan atau gerakan molekul-molekul se'ara individual yang terjadi se'ara
a'ak. /disebut sebagai difusifitas at / melalui at . *ika komponen / dan komponen
bergerak, maka perpindahan massa harus didefinisikan terhadap suatu posisi yang
tertentu, berkas aliran komponen / disebut /dan berkas berharga negatif dan disebut
. !ehingga berkas aliran total menjadi+
4 /5
ersamaan ini menunjukkan gerakan berkas molar komponen / yang merupakan
jumlah resultan berkas molar total (molar total flux) yang memiliki fraksi / sebesar 0/4
c
cA
dan pergerakan komponen / yang dihasilkan dari difusi */. ersamaan 2 dapat ditulis
ulang sebagai berikut +
dz
dxcDNN
c
cN AABBA
A
A += )(
ersamaan diatas disebut sebagai hukum i'k kedua. ada persamaan ukum
i'k kedua mekanisme perpindahan massa konveksi mulai diperhitungkan karena fluida
mengalami pergerakan sehingga mempengaruhi proses difusi. 6ntuk gas ideal berlaku +
=
==P
P
c
cdanPxP
TR
Pc AAcAA ,.,
.
maka persamaan (3) dapat diturunkan sebagai berikut +
dz
dP
TR
DNN
P
PN AABBA
A
A.
)( +=
ada suatu perpindahan massa ##$, laju perpindahan massa pada lokasi tertentu
dapat dihitung dengan mengintegrasikan persamaan di atas dengan menganggap /47(tidak ada perpindahan massa udara ke air).
3
(2)
(3)
(4)
(5)
7/24/2019 Wetted Wall Column
4/45
1.2.2 Per!inda"an #assa !ada Dindin$ o%om &an$ Terbasa"i 'WWC(
roses difusi dalam per'obaan ini berlangsung pada daerah antar muka (interfa'e)
antara aliran udara dan aliran air. /liran air yang menyusuri dinding kolom diusahakan
membentuk lapisan tipis atau film yang kemudian akan kontak dengan aliran udara yang
mengalir di tengan kolom.
)ambar 1.1 iagram erpindahan Massa ##$
erpindahan massa sangat dipengaruhi dengan "aktu kontak antara aliran air dan
udara, selain itu banyak dipengaruhi oleh faktor lain seperti keadaan aliran air yang
laminer atau turbulen. ada per'obaan ini, divariasikan pula aliran udara dengan merubahlaju alirnya. asil perpindahan massa yang terjadi diukur melalui humiditas (kelembaban)
udara yang telah kontak dengan air.
Neraca #assa **+
8aju perpindahan massa pada lokasi tertentu dapat dihitung dengan
mengintegrasikan dan mengatur ulang persamaan dengan menganggap / 4 7 karena
diasumsikan tidak ada perpindahan massa dari udara ke air.
( )1
.AAi
B
TAB PPPz
P
RT
DNA =
= P
P
dP
RT
DdzN
A
A
P
P
AB
z
z
A
Ai
A 19
2
1
4
6
(7)
7/24/2019 Wetted Wall Column
5/45
)()()(
.11
1
AAiGAAi
Bi
AB
A PPkPPPzzRT
PDN =
=
dengan
( )
=
=
Ai
A!
AiA!
Bi
B!
B!B
B
PPPP
PP
P
P
PPP
lnln
ersamaan : dapat ditulis ulang dengan berdasarkan satuan konstanta
perpindahan massa, seperti /4 ky(y/i-y/1) 4 k; (/i-/1) 4 k'('/i< '/1). engan ky,k;, k'
adalah koefisien perpindahan massa lokal dengan satuan yang sesuai. erpindahan massa
terjadi sepanjang kolom seperti terlihat pada gambar 2 diba"ah, maka berkas molar /
dapat dituliskan sebagai berikut+
/4 ky,av(y/i-y/1)M4 k;,av (/i-/1)M
ky,av dank;,av adalah koefisien perpindahan massa rata-rata, dengan
( )( )
=
A!A"
A#Ai
A!A"A#A"
AAi
$$$$
$$$$$$
ln
)()()( 1
5
(8)
(9)
= beda konsentrasi
logaritmik
7/24/2019 Wetted Wall Column
6/45
)ambar 1.2 !kema era'a Massa ##$
era'a massa berdasarkan ;ambar 2 adalah +
d (80) 4 d(;y)
d 8 4 ; dy 5 y d;
d8 < y d; 4 ; dy
apabila kondisi tunak maka d84 d;, sehingga
d8 (1-y) 4 ; dy
d8 4
AAiGAGAiAGAA d$$PkPPdkdN$
d$G)(.)(..
1
.===
=dA
$$$Pk
d$G
iG ))(1(
.
6
7/24/2019 Wetted Wall Column
7/45
diasumsikan
,.Pk
G
G
dan yi konstan, maka
=
=
A#
A!
A!i
Ai
iii
G
$
$
$$
$$
$$$$
d$
$G
Pk
1
1ln
)1(
1
))(1()1(
1 7.
1.2., Bi%an$an -"erood/ 0e&no%d/ dan -c"midt
&onstanta perpindahan massa dipengaruhi oleh banyak faktor, seperti+ jenis fluida,
ke'epatan fluida, dan geometri. 6ntuk itu seringkali dalam per'obaan faktor-faktor ini
dihubungkan dengan menggunakan bilangan tidak berdimensi (dimensionless num%er)sebagai berikut+
!h 4 &. =ea.!'b
denganAB
BG
DP
dRTPk&'
.
...=
=e 4
... dv
ABD&c
.
=
&'er(ood num%er merupakan bilangan tak berdimensi yang menggambarkan
besarnya kemampuan terjadinya perpindahan massa melalui mekanisme difusi. esar
ke'ilnya bilangan !her"ood menunjukkan fenomena perpindahan massa yang terjadi
(dalam hal ini antara air dan udara).
>erkadang bilangan !her"ood merupakan gabungan dari bilangan tak berdimensi
lainnya melalui suatu konstanta tertentu sebagai penghubung yaitu gabungan dari
bilangan =eynold dan bilangan !'hmidt. &orelasinya dapat dilihat pada persamaan (12).
ilangan !her"ood merupakan bilangan yang paling berperan dalam penentuan
karakteristik fluida yang diteliti. /pakah suatu fluida alir bersifat turbulen, transisi atau
7
(10)
(11)
(12)
(13)
14
7/24/2019 Wetted Wall Column
8/45
laminer dapat diketahui dari bilangan =eynold. !edangkan bilangan !'hmidt merupakan
bilangan yang menghubungkan karakteristik fluida yang mengalir dengan kemampuan
berdifusinya. !elain bilangan !her"ood, korelasi lain yang menggambarkan terjadinya
transfer massa dapat digambarkan dalam bilangan ;rashoft, e'let maupun !tanton.
alam per'obaaan ini bilangan yang dijadikan korelasi transfer massa dalam
Wetted Wall Columnadalah bilangan !her"ood. ilangan !her"ood sendiri merupakan
kombinasi dari bilangan !'hmidt dan =eynold dengan kostanta tertentu. alam hal ini
ternyata laju alir udara dan air yang rendah memperbesar harga bilangan !her"ood. ?ni
menandakan bah"a bilangan !her"ood merefleksikan fenomena transfer massa yang
terjadi, untuk laju alir yang rendah menghasilkan transfer massa yang besar dan
direfleksikan oleh bilangan !her"ood yang besar.
ilangan =eynold yang terjadi dalam per'obaan sangat bervariasi. Mekanisme
transfer massa yang terjadi karena bilangan reynold hanya mengidentifikasikan
karakteristik aliran fluida yang terjadi. 6ntuk aliran fluida yang 'enderung bergolak dan
bergelombang dan diidentifikasikan oleh bilangan reynold @ 17777 disebut fenomena
aliran turbulen. an untuk =e A 2177 dikatakan fenomena aliran laminer. 6ntuk nilai
reynold antara 2177 -17777, aliran dikatan bersifat transisi.
ilangan !'hmidt dalam per'obaan sangat bergantung pada mekanisme kontak
dan transfer massa yang terjadi juga pada karakteristik aliran fluida. !ehingga untuk laju
alir udara dan laju alir yang rendah bilangan !'hmidt 'enderung semakin besar. egitu
pula sebaliknya. &onstanta penghubung dalam bilangan !her"ood (k,a, dan b dilakukan
dengan menentukan bilangan !her"ood, =eynold, dan !'hmidt se'ara terpisah untuk
selanjutnya dapat ditentukan konstantanya dengan persamaan least sBuare).
1.2. e%embaban Udara Abso%ut 'H(
!e'ara alamiah air akan selalu berada dalam kesetimbangan antara fasa 'air dan
gasnya. al ini akan memudahkan dalam menemukan air sebagai uap air dalam udara
kering atau disebut juga sebagai kelembaban udara absolut, . ubungan antara
kelembaban udara dengan suhu disajikan pada grafik)s$crometric c'art.
8
7/24/2019 Wetted Wall Column
9/45
)ambar 1., ;rafik sikometrik
1.2. Teori3teori Per"itun$an
erikut ini adalah kata-kata kun'i dalam perhitungan yang dilakukan atau
parameter yang mempengaruhi per'obaan+
1. &elembaban udara absolut (H), ialah+ jumlah massa uap air yang terkandung di
dalam 1 kg udara kering
2. &elembaban udara relatif(HR) + presentase kejenuhan 'ampuran udara-uap air
berdasarkan tekanan parsial
3. Dr$ %ul% tem)erature(Td) atau suhu bola kering + suhu aliran udara
. Wet %ul% tem)erature (TW) atau suhu bola basah + suhu ketika jumlah air
dikontakkan dengan aliran udara pada kondisi abiatik dan tunak tetapi tidak berada
dalam kesetimbangan
C. &oefisien perpindahan massa (kG) + fluks molar uap air yang berpindah dari air ke
udara untuk setiap 1 a udara.
9
7/24/2019 Wetted Wall Column
10/45
#en$"itun$ Humidit& Abso%ut
/kibat adanya transfer massa antara air dan udara melalui mekanisme difusi
setelah dikontakkan berla"anan arah menyebabkan aliran udara mengandung molekul air
yang hanya bisa diukur dalam besaran 'umidit$. Humidit$sebagai kandungan air dalam
udara dipandang sebagai besaran pengganti konsentrasi dalam fenomena difusi. /dapun
absolut 'umidit$adalah rasio massa uap dan massa gas, dan dalam Wetted Wall Column
adalah sebagai rasio massa uap air dengan massa udara kering.
enentuan fraksi mol air dalam udara kering dilakukan dengan membagi 'umidit$
dengan berat molekul air dan udaranya.
)D1D(
)D(1
BAi
Ai
AH
H*
+=
(1.16)
dimana / 4 air, 4 udara, dan i 4 kelembaban. >erlihat 'umidit$ realtif dari udara
kering adalah nol. ?ni terjadi karena pada udara kering tidak mengandung udara kering
sehingga 'umidit$relatifnya adalah 7E.
Humidit$absolut udara keluar lebih besar karena dengan dikontakkannya udara
dengan air sebelum udara keluar, otomatis, kandungan air dalam udara setelah
pengontakkan akan lebih besar. /dapun 'umidit$interfa'e memiliki ke'enderungan lebih
ke'il dari udara keluar, hal ini karena 'umidit$ interfa'e sangat dipengaruhi temperatur
udara bula dalam permukaan kontak, sedangkan temperatur bula udara merupakan
temperatur rata-rata dari udara masuk dan udara keluar.
8aju alir udara dan air yang berbeda seharusnya mempengaruhi kelembabanabsolut udara, namun dalam per'obaan ini ternyata harga kelembaabn udara relatif sama
untuk setiap laju alir, hal ini dikarenakan temperatur udara masuk dan keluar pada laja alir
yang relatif sama. 8aju alir yang rendah memungkinkan terjadinya kontak yang besar
sehingga tentunya transfer massa antara air ke udara menjadi besar yang ditunjukkan oleh
besarnya 'umidit$ absolut. amur meski demikian peran laju alir tetap berpengaruh.
!ehingga 'umidit$ absolut akan bernilai optimum pada saat laja alir udara dan air
minimum.
10
7/24/2019 Wetted Wall Column
11/45
#en$"itun$ Tekanan Parsia%
>ekanan parsial udara baik udara masuk, udara interfa'e, maupun udara keluar,
dapat dihitung dari kelembaban absolut dari udara tersebut. ari perhitungan disimpulkan
bah"a tekanan parsial udara masuk 'enderung lebih ke'il dibanding tekanan parsial udara
keluar. al ini menunjukkan kandungan air dalam udara ('umidit$ a%solut) sangat
berperan mempengaruhi besarnya tekanan parsia. !aat udara telah berkontak dengan air
dan humidty absolutnya naik maka tekanan parsialnya akan naik sebagai akibat pengaruh
keberadaan air di dalam udara. *adi adanya air dalam ujdara akan mempengaruhi
besarnya tekanan parsial udara tersebut. &arenanya tekanan parsial seringkali dianggap
sebagai faktor yang dipengaruhi oleh konstituen air di dalam udara. esarnya laju alir
sangat mempengaruhi tekanan parsial tergantung humidty absolutnya, artinya laju alir
udara dan air yang besar akan memperbesar tekanan parsial dari udara tersebut.
#en$"itun$ Densitas dan Laju A%ir Udara #asuk
ensitas udara masuk sangat dipengaruhi oleh suhu udaranya. al ini sesuai
dengan analisa !tokes, dimana suhu dan p sangat mempengaruhi besarnya densitas dari
suatu fluida. ari per'obaan terlihat bah"a suhu udara yang tinggi menyebabkan
besarnya densitas dari udara tersebut. 8aju alir udara masuk (baik dalam bentuk laju alir
massa ; maupun laju alir volume F) masing-masing sangat dipengaruhi oleh beda tinggi
manometer (Gh) dan tentunya densitas udara tersebut. !e'ara fisiologi Gh yang besar akan
mengakibatkan besarnya dra+ forceudara yang masuk dan hal tersebut menyebabkan
besarnya tinggi tekanan udara dan se'ara langsung berpengaruh pada besarnya laju alir
udara masuk. engaruh beda tinggi manometer memang jauh lebih berpengaruh
terhaBdap laju alir udara dibandingkan dengan densitas dari udaranya mengingat densitas
udara 'enderung konstan karena hanya dipengaruhi oleh suhu udara masuk.
#en$"itun$ oe4isien Per!inda"an #assa
&oefisien perpindahan massa menggambarkan terjadinya kontak anntara air dan
udara se'ara 'ounter 'urrent flo" diikuti oleh adanya transfer massa antara air dan udara
yang diidentifikasi oleh harga koefisien perpindahan massa. &oefisien perpindahan massa
(k) dapat diidentifikasi tergantung dari faktor yang mempengaruhi perpindahan massa itu
sendiri. ila perpindahan massa dipandang sebagai akibat pengaruh tekanan (Gp), maka
11
7/24/2019 Wetted Wall Column
12/45
koefisen perpindahan massa disimbolkan dengan k;. ila dipandang sebagai akibat
pengaruh konsentrasi dari fluida yang dikontakkan maka koefisien perpindahan massanya
disimbolkan dengan k'(untuk gas) dan k8(untuk liBuid). ila transfer massa dipengaruhi
oleh fraksi mol konstituen yang berkontakkan maka disimbolkan dengan ky(gas) atau k8
(liBuid).
alam per'obaan ini koefisien perpindahan massa disimbolkan dengan k;karena
transfer massa diakibatkan oleh beda tekanan (Gp) antara air dan udara. !eharusnya
semakin ke'il laju alir air akan memperbesar kontak harga k;.al ini terjadi karena pada
laju alir yang ke'il akan memperbesar kontak antara air dan udara yang mempermudah
transfer massa antara keduanya sehingga koefisien transfer massanya pun besar.
!e'ara eksperimental penentuan dan pengukuran harga koefisien transfer massa
dapat dilakukan dengan metode +
a. >ransfer massa eksternal, seperti difusi partikel keluar pipa atau silinder.
b. engukuran laju dissolution solid pada berbagai laju alir liBuid untuk mengukur
koefisien transfer massa liBuid dalam aliran turbulen.
'. #etted #all $olumn.
d. Hksperimen yang dibuat dalam peralatan mass transfer aktual, seperti)acked column.
#enentukan NAPercobaan dan NAHitun$an
luks molar dari / (/) dapat ditentukan baik dari per'obaan maupun dari
perhitungan. luks molar / (/) tersebut menunjukkan berkas aliran dengan fungsi posisi
yang menunjukkan terjadinya fenomena pergerakan aliran / untuk selanjutnya berdifusi
ko konstituen . luks molar yang positif dan negatif menunjukkan berkas aliran dengan
posisi yang saling berla"anan (counter current).
1., Pera%atan dan -kema A%at
/lat yang digunakan seperti gambar 2.1 namun tidak ada alat heater dan
12
7/24/2019 Wetted Wall Column
13/45
pengontrolnya. /dapun alat-alat lain yang digunakan ialah+
&ompresor + berfungsi untuk mengalirkan udara ke dalam sistem yaitu menuju ke
arah atas melalui sepanjang kolom yang terbasahi
>ermometer + berfungsi untuk men'atat temperatur udara masukan, temperature udara
keluaran baik dry maupun "et, temperatur "et didapatkan dengan melapisi pangkal
termometer dengan kapas yang dibasahi air.
Relative Humidit$ Dis)la$+ berfungsi sebagai pen'atat nilai 'umidit$
&olom udara + berfungsi sebagai tempat terjadinya proses kontak antara air dan
udara, dimana dinding bagian dalam kolom akan dialiri air yang dialirkan melalui
selang ke'il, kemudian dari ba"ah akan dialirkan udara ke atas dengan kompresor.
!umber air + berasal dari lab %> yang dialirkan ke alat melalui selang ke'il
)ambar 1.. !kema peralatan unit ##$
/ir masuk /ir masuk
13
7/24/2019 Wetted Wall Column
14/45
)ambar 1. !kema sederhana aliran udara dan air pada ##$
)ambar 1.5 !kema peralatan unit ##$ pada laboratorium >&
1. Prosedur Percobaan
1. Menghidupkan kompresor untuk mengisi persediaan udara pasokan.
2. Mengalirkan udara ke kolom lalu mengatur ke'epatan aliran yang sesuai dengan
menggunakan katup jarum. Men'atat temperatur, tekanan udara dalam kolom.
14
Udara
7/24/2019 Wetted Wall Column
15/45
3. Mengalirkan air ke dalam kolom sesuai dengan ke'epatan yang diinginkan
(laminer, transisi, atau turbulen) dan menjaganya supaya seluruh kolom dapat
terbasahi se'ara merata.
. Membiarkan keadaan ini berlangsung sampai keadaan steady ter'apai. &emudian
men'atat temperatur udara masuk, udara keluar, air masuk, air keluar, tekanan
operasi dan kelembaban relatif udara keluar.
C. Mengulangi per'obaan dengan mengubah laju alir sebanyak dua kali yaitu untuk
aliran transisi dan turbulen, masing-masing dengan perubahan laju alir udara
sebanyak enam kali. 8alu men'atat senua data yang diperlukan seperti pada poin
empat.
BAB II
DATA PE0+6BAAN
2.1 A%iran Laminer
I h (mm) >indryudara (o$) >outdry
udara (o$)
>"etudara
(o$)
>outair
(o$)
umidity out
17 2J,77 2J,77 2K,77 2K :K,77
15
7/24/2019 Wetted Wall Column
16/45
27 2J,77 2J,77 2K,77 2K,1 :L,77
37 2J,77 2K,J7 2:,J7 2K :L,77
7 2J,77 2K,27 2:,77 2:,C K7,77
C7 2J,77 2K,17 2:,77 2:,C K1,77
dengan laju alir air 4 1,17:K mlDs
2.2 A%iran Transisi
I h
(mm)
>indryudara
(o$)
>outdryudara
(o$)
>"etudara
(o$)
>outair
(o$)
umidity out
17 2J,77 2J,77 2:,77 2K,2 :C,77
27 2J,77 2J,77 2C,:7 2K ::,7737 2J,77 2K,J7 2C,77 2K :C,77
7 2J,77 2K,J7 2C,77 2K :L,77
C7 2J,77 2J,77 2C,77 2K K3,77
dengan laju alir air 4 L,3J mlDs
2., A%iran Turbu%en
I h
(mm)
>indryudara
(o$)
>outdryudara
(o$)
>"etudara
(o$)
>outair
(o$)
umidity out
17 2J,C7 2J,C7 2K,77 2L K:,77
27 2J,C7 2J,J7 2K,J7 2J,C KL,77
37 2J,C7 2J,L7 2K,J7 2J,C J1,77
7 2K,77 2J,37 2K,27 2J J7,77
C7 2K,77 2J,27 2K,77 2J,C J1,77
dengan laju alir air 4 33,2J2 mlDs
BAB III
PEN)6LAHAN DATA
,.1 ondisi Pen$o!erasian
!uhu ruang + 2:o
$
16
7/24/2019 Wetted Wall Column
17/45
fluida pada manometer + 7,K:: gramD'm3
iameter selang air + 1,CJKC 'm
iameter kolom + ,K 'm
Massa jenis air + 1 gramD'm3
Niskositas air + 7,71 gramD'm.s
,.2. Lan$ka"3Lan$ka" Pen$o%a"an Data
en+'itun+ %ilan+an Re$nold aliran air
enghitungan ini bertujuan untuk mengetahui jenis aliran air, apakah laminer, transisi atau
turbulen. 6ntuk menghitung bilangan =eynold, digunakan rumus+
e =
d,v,
en+'itun+ T%ulkdan Tint
enghitungan ini menggunakan persamaan+
!bulk42
outin TT +
,
>int4
(et
%ulk
(et%ulk
T
T
TT
ln
en+'itun+ kelem%a%an a%solut aliran udara masuk -HA./0 kelem%a%an a%solut
aliran udara keluar -HA!/ dan kelem%a%an a%solut aliran udara )ada su'u interface
-Hint/
erhitungan ini dilakukan dengan 'ara+
ada psy'hometri' 'hart, >"et dtarik vertikal ke atas sampai bertemu garis
kelembaban 177E. &emudian dibuat garis yang sejajar dengan garis adia%atic
saturation curvedari titik temu tersebut.
Menarik >in dry se'ara vertikal ke atas sampai berpotongan dengan garis sejajar
yang telah dibuat di atas. &emudian tarik garis horiontal ke kanan untuk melihat
17
7/24/2019 Wetted Wall Column
18/45
kelembaban absolut /7.
Mengulangi langkah diatas untuk /8dan int menggunakan data >out drydan >int.
en+'itun+ fraksi mol ua) air -*A.0 *A!0 *Ai/
Menggunakan persamaanBA
A
H
H
$1+
=
dimana M/4 1J grDmol dan M 4 2L grDmol. *ika yang digunakan adalah /7 maka
hasilnya adalah y/7. *ika yang digunakan adalah /8maka hasilnya adalah y/8. *ika yang
digunakan adalah /imaka hasilnya adalah y/i.
en+'itun+ tekanan )arsial -PA.0 PA!0 PAi/
Menggunakan persamaan
BA
tB
H
PHP
.
..
+=
dimana tmerupakan total. *ika yang digunakan adalah /7maka hasilnya adalah /7.
*ika yang digunakan adalah /8maka hasilnya adalah /8. *ika yang digunakan adalah
/imaka hasilnya adalah /i.
en+'itun+ densitas udara -udara/
6ntuk menghitung densitas udara menggunakan persamaan+
TR
P B
.
.=
!uhu yang digunakan pada perhitungan densitas adalah >in dry.
en+'itun+ )er%edaan tekanan -P/
erbedaan tekanan dihitung dengan menggunakan persamaan+
4 fg hengan fmerupakan massa jenis fluida pada manometer, yaitu 7.K:: grD'm3
en+'itun+ la1u alir volume udara -2/
6ntuk bagian pengolahan data ini, dapat digunakan grafik yang disediakan pada modul
##$, yaitu kurva kalibrasi orifi'e meter dengan beda tinggi manometer (mm) sebagai
sumbu 0 dan flo( rate (8Ds) sebagai sumbu y. ata yang diambil berupa beda tinggi
manometer dalam 'm, sehingga dengan hanya menkonversi menjadi mm, maka kita akan
mendapatkan nilai F. /sumsi + grafik tersebut merupakan hasil kalibrasi dari at / dan
sudah merupakan laju alir udara ketika melalui kolom, bukan laju alir udara ketika
mele"ati manometer.
en+'itun+ la1u udara -v/
6ntuk menghitung laju alir udara, maka persamaan yang digunakan+
A
2v=
en+'itun+ la1u alir massa udara -G/
18
7/24/2019 Wetted Wall Column
19/45
ersamaan yang digunakan+B
2G
.=
en+'itun+ koefisien )er)inda'an massa -kG/
ersamaan yang digunakan+
= 7
7
11ln
.).1( A
A!
A!i
Ai
sti
G$$
$$$$
AP$Gk
en+'itun+ difusifitas air ke udara0 DAB
ersamaan yang digunakan+
( )( )
C.7
C.2C.7
33.2
.
int 11....
17:.3
+
=
BA
CBCA
t
CBCA
CBCA
AB
TTP
PP
TT
TxD
dimana >$/4 temperatur kritis air 4 :K.3C &
>$4 temperatur kritis udara 4 132.C &
$/4 tekanan kritis air 4 21J.2L atm
$4 tekanan kritis udara 4 3K.2:C atm
t 4 tekanan total (atm)
en+'itun+ PB
ersamaan yang digunakan
=
Bi
B!
BiB!B
P
P
PPP
ln
dimana 84 (t< /8) dan i4 (t- /i)
en+'itun+ 'ar+a 30 a0 % dalam 'u%un+an antara &'0 Re dan &c0 den+an lan+ka'4
en+'itun+ %ilan+an &'er(ood -&'/Menghitung bilangan !her"ood dengan menggunakan persamaan+
ABt
BG
DP
dTRPk&'
.
.... int=
ilangan !her"ood juga dapat dihitung dengan menggunakan persamaan+%a &c3&' .=e.=
dimana nilai 30 a0 dan %merupakan konstanta yang akan di'ari dalam pengolahan
data.
en+'itun+ %ilan+an Re$nold -Re/ udaraersamaan yang digunakan+
19
7/24/2019 Wetted Wall Column
20/45
=e 4
dv..
en+'itun+ %ilan+an &c'midt -&c/
ersamaan yang digunakan+ !' 4ABD.
dimana + O 4 7.7771JCCC grD'm.s
4 1.1KK: grD8iter encari nilai konstanta a
6ntuk nilai & dan !' yang konstan dapat dilakukan dengan 'ara berikut ini+
*ika dimisalkan, & . !'b4P, maka
S h=K .a
. Scb
S h=(K . Scb )a
S h=P .a
logS h=logP+a log
Y=C+m X
ersamaan diatas merupakan analogi dari persamaan garis linier, sehingga dapat
dibuat grafik dengan memploting log &'sebagai sumbu-y dan logResebagai sumbu-
0. ;radien dari persamaan garis linier grafik ini merupakan konstanta a.
encari nilai konstanta 3 dan %
ari langkah sebelumnya telah didapatkan nilai konstanta a, sehingga untuk
menghitung konstanta3dan %dapat dilakukan dengan+
S h=K . R ea
. Scb
S h
a=K . Sc
b
logS h
a=logK . b logSc
20
7/24/2019 Wetted Wall Column
21/45
Y=C+m X
ersamaan diatas merupakan analogi dari persamaan garis linier, sehingga dapat
dibuat grafik dengan memploting log &'5Re
a
sebagai sumbu-y dan log &c sebagaisumbu-0. ;radien dari persamaan garis linier grafik ini merupakan konstanta %, serta
intersepnya merupakan konstanta3.
,.,. Pen$o%a"an Data A%iran Laminer
Data Hasi% Pen$amatan
I h (mm) >indryudara (o$) >outdry
udara (o$)
>"etudara
(o$)
>outair
(o$)
umidity out
17 2J,77 2J,77 2K,77 2K :K,77
27 2J,77 2J,77 2K,77 2K,1 :L,77
37 2J,77 2K,J7 2:,J7 2K :L,77
7 2J,77 2K,27 2:,77 2:,C K7,77
C7 2J,77 2K,17 2:,77 2:,C K1,77
engan laju alir air 4 1,17:K mlDs
#en$"itun$ bi%an$an 0e&no%d a%iran air
e =
d,v,
e =
( ) ( )( )J1,JJ
.D71,7
CJKC,1D17:K,1D1=
scm+ram
cmsm!m!+r
"aka alirann#a $%"&'
Hasi% !er"itun$an untuk Tbu%k/ Tint/ HAo/ HAL/ Hint/ 7Ao/ 7AL/ 7Ai
I h >bulk >int /o /8 int P/o P/8 P/i
17 2J,77 2K,LK7 7,721: 7,721: 7,7223 7,733: 7,733: 7,73K
27 2J,77 2K,LK7 7,721: 7,721: 7,7223 7,733: 7,733: 7,73K
37 2K,L7 2K,3:3 7,721 7,721C 7,721K 7,7333 7,733C 7,733J
7 2K,:7 2:,KL27 7,7277 7,7273 7,727C 7,7312 7,731K 7,7327
C7 2K,CC 2:,K:KC 7,7277 7,7273 7,727C 7,7312 7,731K 7,7327
21
7/24/2019 Wetted Wall Column
22/45
Hasi% !er"itun$an untuk 8P / Pt / PAo/ PAL/ PAi/ 9udara/ :udara/ ; udara/ ) / )
I t /o /8 /i
(17-
C)
Qudara Fudara vudara ; &;
KC7:,J 1,7771 7,73 7,7711 3,L 1,1K3K 13C7 :J,KL7 C,:3
L
7
1C713,
:
1,7771 7,73 7,7711 3,L 1,1K3J 1J7 L1,L2 K3,72 7
22C27,
1,7772 7,733 7,77112 3,J 1,1K3L 22C7 11,:C7 L1,7K
L
7,71
K
3772K,2
1,7773 7,731 7,7771 3,2 1,1K7 2CC7 12L,L3: 173,23
7,7
3KC3 1,777 7,731 7,7771 3,2 1,1K1 2J77 12,:KC 113,3
:
7,7
J
Hasi% !er"itun$an untuk DAB/ PB#
/ 8 i M
JJ3C3L,3
L
7,LLJ
L
1,7777
3
7,LLL
L
JJ2L17J,2 7,LLL 1,7771
1
7,LLLC
:
J3K27::,
C
7,LLL
1
1,7771
J
7,LLL:
C
KLJ2KLJC,1
3
7,LLL
3
1,7772
:
7,LLLK
L
KL:C1:L7,C
3
7,LLL
1,7773
7,LLLJ
:
Hasi% !er"itun$an untuk -"/ 0e/ -c
!h (17-L) =e !' (17-12)
7 27LLC:,3C
K
1,J:3
7 2J7CJK,LJ
1,J:3
2,21C 3LLKL2,CC 1,JJKL
22
7/24/2019 Wetted Wall Column
23/45
C,J1L 3L::K2C,
3
1,LKLJL
:,3LJ 3CCL2,KL
2
1,LJ12
ari hasil tersebut dapat dilihat besarnya bilangan !'hmidt tidak jauh berbeda, sehingga
dapat dianggap konstan. !ehingga untuk men'ari nilai konstanta a, %, dan 3 dapat
menggunakan langkah-langkah seperti yang telah dijelaskan sebelumnya.
#encari konstanta a
log !h (sumbu y) log =e (sumbu 0)
6rror :,32213
6rror :,J7:
-J,:CK :,C7
-J,23C2 :,CLJ3
-J,1L :,:3L7J
&arena terdapat dua nilai yang tidak dapat didefinisikan (6rror), maka hanya tiga titik
yang digunakan untuk menggambarkan grafik log !h vs log =e.
6.52 6.54 6.56 6.58 6.6 6.62 6.64 6.66
8.7
8.6
8.58.4
8.3
8.2
8.1
8
7.9
*(+) = 5+ 41.36
, = 0.88
Log Sh vs Log Re
Log Re
Log Sh
ari grafik di atas dapat diketahui persamaan garis liniernya adalah$ 7 80..9x : 9;0
7/24/2019 Wetted Wall Column
24/45
#encari konstanta dan b
ari langkah sebelumnya didapat nilai konstanta asebesar C,77, sehingga
S h=K . 5,004 . Scb
S h
5,004
=K . Scb
log S h
5,004=logK . b log Sc
Sh
5,004 (17-2)
log Sh
5,004 (sumbu
y)
log &c (sumbu 0)
7 6rror -11,K3
7 6rror -11,K3
H-2 -1,717L::J -11,K2
C,:H-2 -1,2C3K13C: -11,K73
3,JH-2 -1,1CLCJ: -11,K72
&arena terdapat dua nilai yang tidak dapat didefinisikan (6rror), maka hanya tiga titik
yang digunakan untuk menggambarkan grafiklog
S h
5,004 vs log &c.
11.73 11.72 11.71 11.7
41.45
41.4
41.35
41.3
41.25
41.2
41.15
*(+) = 2.87+ 7.77
, = 0.15
Log Sh/Re^5,004 vs Log Sc
Log Sc
Log Sh/Re^5,004
24
7/24/2019 Wetted Wall Column
25/45
ari grafik di atas dapat diketahui persamaan garis liniernya adalah$ 7 >0?=@x @0@@outair
(o$)
umidity
out
17 2J,77 2J,77 2:,77 2K,2 :C,7727 2J,77 2J,77 2C,:7 2K ::,77
37 2J,77 2K,J7 2C,77 2K :C,77
7 2J,77 2K,J7 2C,77 2K :L,77
C7 2J,77 2J,77 2C,77 2K K3,77
dengan laju alir air 4 L,3J mlDs
#en$"itun$ bi%an$an 0e&no%d a%iran air
e =
d,v,
e =
( )( )( )3,KCK
.D71,7
CJKC,1D3J,LD1=
scm+ram
cmsm!m!+r
"aka alirann#a !%'-&-&
Hasi% !er"itun$an untuk Tbu%k/ Tint/ HAo/ HAL/ Hint/ 7Ao/ 7AL/ 7Ai
I h >bulk >int /o /8 int P/o P/8 P/i
17 2J,77 2:,LJ
J
7,727
7
7,727
7
7,7271 7,7312
2
7,7312
2
7,7313:
J
27 2J,77 2:,KJ
2
7,71L
L
7,71L
L
7,7277 7,7317
:
7,7317
:
7,73121
:
37 2K,L7 2:,2
3
7,71L
K
7,71L
J
7,71LL
L
7,737K
:
7,737L
1
7,73127
1
7 2K,L7 2:,23
7,71LK
7,71LJ
7,71LLL
7,737K:
7,737L1
7,731271
25
7/24/2019 Wetted Wall Column
26/45
C7 2J,77 2:,K
2
7,71L
K
7,71L
K
7,71LL
7
7,737K
:
7,737K
:
7,7317:
C
Hasi% !er"itun$an untuk 8P / Pt / PAo/ PAL/ PAi/ 9udara/ :udara/ ; udara/ ) / )
I t /o /8 /i
(17-
C)
Qudara Fudar
a
vudara ; &g
KC7:,J 1,7777
K
7,73
1
7,777LK
3,7C
K
1,1K3K
3
13C7 :J,KJLJ C,:3L 7
1C713,
:
1,7771
C
7,73
1
7,777L:
C
3,71
3
1,1K3J
2
1J7 L1,L23: K3,727 7
22C27,
1,7772
2
7,73
1
7,777LC
1
2,L:
J
1,1K3L
7
22C7 11,:L
K
L1,7KL 7,71
K
3772K,
2
1,7773
7
7,73
1
7,777LC
1
2,L:
J
1,1K3L
L
2CC7 12L,L3:
3
173,23
7
7,72
7
3KC3 1,7773
K
7,73
1
7,777L
K
2,L
1
1,1K7
J
2J77 12,:KC
2
113,3C
L
7
26
7/24/2019 Wetted Wall Column
27/45
Hasi% !er"itun$an untuk DAB/ PB#
/ 8 i M
J1212LLL,
K
7,LLL1 1,7777
7,LLLCK
1
KLKK7CK2,
3
7,LLL1J
3
1,77711
J
7,LLL:C
KK2L1:3,
L
7,LLL2K
1
1,7771L
3
7,LLLK3
2
KK2JJ3K,
7,LLL3
C
1,7772:
K
7,LLLJ7
:
KK:127JJ,
J
7,LLL2
1,7773
1
7,LLLJJ
2
Hasi% !er"itun$an untuk -"/ 0e/ -c
!h (17-L) =e !' (17-12)
7 27LLC:,3C
K
1,L:CC
7 2J7CJK,LJ
1,LJ1:1
2,12 3LLKL2,CC 2,7L
2,K33 3L::K2C,
3
2,7L
7 3CCL2,KL
2
2,73:2:
ari hasil tersebut dapat dilihat besarnya bilangan !'hmidt tidak jauh berbeda,
sehingga dapat dianggap konstan. !ehingga untuk men'ari nilai konstanta a, %, dan3
dapat menggunakan langkah-langkah seperti yang telah dijelaskan sebelumnya.
#encari konstanta a
%o$ -" 'sumbu &( %o$ 0e 'sumbu
7/24/2019 Wetted Wall Column
28/45
-J,:1KK71 :,C723
-J,C:3311 :,CLJ321
6rror :,:3L7J21K
&arena terdapat tiga nilai yang tidak dapat didefinisikan (6rror), maka hanya dua titik
yang digunakan untuk menggambarkan grafik log &'vs logRe.
6.54 6.55 6.56 6.57 6.58 6.59 6.6 6.61
*(+) = 1+ 15.16, = 1
Log Sh vs Log Re
Log Re
Log Sh
ari grafik di atas dapat diketahui persamaan garis liniernya adalah $ 7 x ;80;= dan
konstanta a4 slope garis, sehingga konstanta a4 1
#encari konstanta dan b
ari langkah sebelumnya didapat nilai konstanta asebesar 1, jadi
Sh=K .1
. Scb
Sh
1=K . Sc
b
log Sh
1=logK . b logSc
28
7/24/2019 Wetted Wall Column
29/45
Sh
1 '1=3
2(
logSh
1 'sumbu
&(
%o$Sc 'sumbu
7/24/2019 Wetted Wall Column
30/45
I h
(mm)
>indryudara
(o$)
>outdryudara
(o$)
>"etudara
(o$)
>outair
(o$)
umidity out
17 2J,C7 2J,C7 2K,77 2L K:,77
27 2J,C7 2J,J7 2K,J7 2J,C KL,77
37 2J,C7 2J,L7 2K,J7 2J,C J1,777 2K,77 2J,37 2K,27 2J J7,77
C7 2K,77 2J,27 2K,77 2J,C J1,77
dengan laju alir air 4 33,2J2 mlDs
#en$"itun$ bi%an$an 0e&no%d a%iran air
e =
d,v,
e =
( )( )( )K,2:K7
.D71,7
CJKC,1D2J2,33D1=
scm+ram
cmsm!m!+r
"aka alirann#a !U/U$'
Hasi% !er"itun$an untuk Tbu%k/ Tint/ HAo/ HAL/ Hint/ 7Ao/ 7AL/ 7Ai
I
h
>bulk >int /o /8 int P/o P/8 P/i
17 2J,C
7
2K,K3
2
7,722
C
7,722
C
7,722
:
7,73LJ
2
7,73LJ
2
7,73C13
2
27 2J,:
C
2J,222
L
7,72
C
7,72C
7
7,72
3
7,73KLK
3
7,73JK1
J
7,73K:K
C
37 2J,K
7
2J,2K
:
7,72
C
7,72
J
7,72
2
7,73KLK
3
7,73J2
7
7,73KC2
:
7 2K,:
C
2K,2
7,72
3
7,723
7
7,722
J
7,73K:K
C
7,73CK3
2
7,73C3
2
C7 2K,:
7
2K,2LJ
L
7,72
7
7,723
C
7,723
7
7,73K22
K
7,73:J
7
7,73CK3
2
Hasi% !er"itun$an untuk 8P / Pt / PAo/ PAL/ PAi/ 9udara/ :udara/ ; udara/ ) / )
I t /o /8 /i
(17-C)
Qudara Fudara vudara ; &g
KC7:,J 1,7777 7,73C 7,7712 ,2LL 1,1K 13C7 :J,KJL C,CL 7
30
7/24/2019 Wetted Wall Column
31/45
K 7 2 2
1C713,
:
1,7771
3
7,73J
7
7,771
K
C,C7 1,1K
2
1J7 L1,L2 K2,JLL -
7,72:
22C27,
1,7772
2
7,73J
7
7,771
:
C,K: 1,1K
2
22C7 11,:C
7
L7,L2J -
7,72L
3772K,
2
1,7772
L
7,73K
K
7,7713
C
,KK1 1,1K
J
2CC7 12L,L3
:
173,CK
7,7LK7
3KC3 1,7773
K
7,73K
2
7,7713
:
,JC 1,1K
J
2J77 12,:K
C
113,K3
K
7,73:K
Hasi% !er"itun$an untuk DAB/ PB#
/ 8 i M
J::1L7J,
C
7,LLJJC 1,77773
1
7,LLL
1
L71J21,
L
7,LLJ:K
J
1,7777L
3
7,LLL3J
C
L732:7LJ,
3
7,LLJK:
3
1,7771:
J
7,LLL:
C
J2LJL1,
7,LLJLC 1,7772
L
7,LLLCL
L
J33L1231,
J
7,LLL71
2
1,77732
2
7,LLL::
K
Hasi% !er"itun$an untuk -"/ 0e/ -c
!h (17-L) =e !' (17-12)
7 27L:7J,
2
1,J2J7L
-C,2K 2J711LK,
1
1,KC:
-3,:3 3L3LL1,
C
1,KC2J1
1,2L 3LKLL1,
3
1,J:JK
31
7/24/2019 Wetted Wall Column
32/45
,KJ 3K7CC,
3
1,JJJJC
ari hasil tersebut dapat dilihat besarnya bilangan !'hmidt tidak jauh berbeda, sehingga
dapat dianggap konstan. !ehingga untuk men'ari nilai konstanta a, %, dan 3 dapat
menggunakan langkah-langkah seperti yang telah dijelaskan sebelumnya.
#encari konstanta a
log !h (sumbu y) log =e (sumbu 0)
6rror :,3217L
6rror :,K3
6rror :,C3322
-K,L73C3J :,CLLJKK
-J,323C233L :,:7C2K
&arena terdapat tiga nilai yang tidak dapat didefinisikan (6rror), maka hanya dua titik
yang digunakan untuk menggambarkan grafik log !h vs log =e.
6.6 6.6 6.61 6.61 6.62 6.62 6.63 6.63 6.64 6.64 6.65
8.4
8.3
8.2
8.1
8
7.9
7.8
7.7
7.6
*(+) = 10.33+ 60.29
, = 1
Log Sh vs Log Re
Log Re
Log Sh
ari grafik di atas dapat diketahui persamaan garis liniernya adalah$ 7 ;.0?
an konstanta a4 slope garis, sehingga konstanta a4 -17,33
32
7/24/2019 Wetted Wall Column
33/45
#encari konstanta dan b
ari langkah sebelumnya didapat nilai konstanta asebesar -17,33, jadi
Sh=K .10,33 . Scb
Sh
10,33
=K . Scb
log Sh
10,33
=logK . b log Sc
Sh
10,33 (17-:7)
log Sh
10,33 (sumbu
y)
log &c (sumbu 0)
7 6rror -11,K3J
-217,3: 6rror -11,KCC
-1,21:1 6rror -11,KC:3
1,JKCJ2 :7,2K31L11 -11,K2JC
1,JKCC :7,2K311:3 -11,K23J
&arena terdapat tiga nilai yang tidak dapat didefinisikan (6rror), maka hanya dua titik
yang digunakan untuk menggambarkan grafiklog
Sh
R e10,33 vs log &c.
33
7/24/2019 Wetted Wall Column
34/45
11.73 11.73 11.73 11.73 11.73 11.72 11.7260.27
60.27
60.27
60.27
60.27
60.27
60.27
60.27
*(+) = 0.02+ 60.08
, = 1
Log Sh/Re^-10,33 vs Log Sc
Log Sc
Log Sh/Re^-10,33
ari grafik di atas dapat diketahui persamaan garis liniernya adalah $ 7 .0.;=x : =.0.?0
konstanta %4 slope garis, sehingga konstanta % 4 - 7,71: dan konstanta 34 intersep,
sehingga konstanta34 :7,7J,
BAB I>
ANALI-I-
.1. Ana%isis Percobaan
ada per'obaan ##$ ini tujuan yang ingin di'apai adalah menentukan besarnya
koefisien perpindahan massa rata-rata dari lapisan tipis air ke dalam aliran udara dan
mengamati karakteristik perpindahan massa air-udara pada suatu dinding kolom yang
terbasahi. mengontakkan air dan udara yang saling tidak larut. engontakkan dua larutan
yang tidak dapat larut merupakan dasar dalam operasi perpindahan massa. alam hal ini,
perpindahan massa berdasarkan sifat pengontakkan larutannya diklasifikasikan menjadi
dua.
1. %perasi perpindahan massa dengan pengontakkan at-at se'ara langsung. %perasi ini
dilakukan jika ingin menghasilkan pemisahan dua fasa dan larutan fasa tunggal
34
7/24/2019 Wetted Wall Column
35/45
dengan adanya penambahan atau perpindahan panas. $ontoh operasi ini meliputi
distilasi fraksional, kristalisasi fraksional, dan ekstraksi fraksional.
2. %perasi perpindahan massa dengan pengontakkan at-at se'ara tidak langsung.
%perasi jenis ini memerlukan at-at lain yang harus ditambahkan sehingga
pemisahan atnya dapat lebih sempurna dan dihasilkan produk hasil pemisahan yang
lebih murni. $ontoh operasi ini adalah absorpsi gas, stripping adsorpsi, drying,
lea'hing, dan liBuid e0tra'tion.
er'obaan dia"ali dengan mengukur kelembaban ('umidit$) udara kering dengan
'ara mengalirkan udara melalui kolom. >ujuannya adalah untuk mengetahui kelembaban
udara yang mengalir pada kolom. !etelah mengukur kelembaban udara kering, air
dialirkan melalui kolom, dimana dilakukan variasi. /ir yang dialirkan melalui kolomdiatur agar bersifat laminar, yang ditentukan dengan mengukur laju aliran keluar air dan
kemudian dihitung =eynold numbernya. =
VD
8aju alir air dihitung dengan mengukur volume air yang keluar kolom dalam
selang "aktu tertentu, dengan menggunakan gelas ukur dan stop"at'h. *enis aliran diatur
menjadi laminar untuk melihat pengaruhnya terhadap perpindahan massa. erdasarkan
literatur, pada aliran laminar, perpindahan massa hanya terjadi pada interfaceantara air
dan udara se'ara molekular (difusifitas). !elain memvariasikan laju alir air, tekanan udara
juga turut divariasikan. >ujuannya adalah untuk melihat pengaruhnya terhadap proses
perpindahan massa. engaturan tekanan dilakukan dengan mengatur ketinggian 'airan di
dalam manometer. erdasarkan literatur yang ada, semakin tinggi h maka semakin besar
laju alir udara yang masuk ke dalam kolom. !emakin besarnya laju alir akan menurunkan
"aktu kontak dan kelembaban udara sehingga suhu keluaran menjadi lebih besar.
!aat udara dan air saling berkontak di dalam kolom, molekul-molekul air berdifusi
ke dalam udara sehingga mengakibatkan kandungan air dalam udara meningkat. !aat dua
buah at saling berkontak di dalam kolom, sistem akan berusaha men'apai kesetimbangan
dengan pergerakan difusi antara molekul yang berkontakkan. !elain itu, ketidakmerataan
konsentrasi dua larutan mengakibatkan pemerataan konsentrasi melalui pergerakan
molekul konponen dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah yang dikenal sebagai
difusi molekular.
35
7/24/2019 Wetted Wall Column
36/45
ada per'obaan ini, variabel yang diamati adalah suhu udara masuk (> in dry), suhu
udara keluar (>out dry), >"et, dan kelembaban udara. >in drymerupakan suhu udara kering
sebelum berinteraksi dengan air (sebelum masuk kolom) sedangkan >out dry merupakan
suhu udara setelah berinteraksi dengan air (keluaran kolom). >"etmerupakan suhu yang
dianggap sebagai referensi dimana pada >"et, kelembaban relatifnya diasumsikan bernilai
177E. roses perpindahan massa yang terjadi diamati dari perubahan kelembaban
udaranya.
.2. Ana%isis Data dan )ra4ik
.2.1 Ana%isis Untuk A%iran Air Laminar
Hubun$an Laju A%ir Udara ter"ada! Tin dr&/ Tout dr& dan Tet
er'obaan dimulai dengan menentukan laju alir untuk aliran laminar. 8aju alir air
dihitung dengan mengukur volume air yang keluar kolom dalam "aktu tertentu. !uhu
udara masuk ( > in dry ) dan suhu udara keluar ( > out dry) diukur dengan termometer raksa.
ada aliran keluar juga diukur > "et yang termometernya dengan ujung kapas dibasahi. >
in dry merupakan suhu udara kering sebelum berinteraksi dengan air, > out dry merupakan
suhu udara kering setelah berinteraksi dengan air dan > "et merupakan suhu yang
dianggap me"akili keadaan dengan kelembaban relatif 177E. ada data per'obaan bisa
dilihat > out dry@ > "et @ > in dry, seperti yang terlihat pada grafik- grafik di ba"ah ini.
ari hasil per'obaan yang ditunjukkan dengan grafik .1, dapat disimpulkan
bah"a untuk setiap h tertentu, maka >in dry@ >out dry@ >"et. ilai h merupakan parameter
yang menunjukkan laju alir udara yang masuk ke dalam kolom. arga h itu sendiri
adalah nilai beda tekanan pada orifi'e antara kompresor dan kolom, dimana semakin
tinggi nilai h maka semakin banyak pula udara yang mengalir ke dalam kolom.
36
7/24/2019 Wetted Wall Column
37/45
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
25
25.5
26
26.5
27
27.5
28
28.5
! et ! out dr# ! ini dr#
Laju alir udara
Temperatur
)ambar .1. ubungan 8aju /lir 6dara dengan >emperatur pada aliran laminar
asil dari grafik di atas sesuai dengan teori, yaitu untuk setiap h tertentu, maka
>in dry@ >out dry@ >"et. al 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). !etelah udara masukkan
mele"ati kolom (kontak dengan air), menyebabkan kandungan air pada udara keluaran
kolom lebih banyak daripada pada udara saat masuk ke dalam kolom. al 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. !edangkan untuk > "et, adalah temperatur yang
menunjukkan asumsi keadaan pada saat humidity 177E, yang berarti kadar air yang diudara men'apai titik jenuhnya. /sumsi tersebut berarti kandungan air di udara lebih
banyak, maka semakin banyak kalor yang berpindah dari udara ke air, sehingga terjadi
kesetimbangan yang lebih ke'il daripada ke air, sehingga terjadi kesetimbangan yang
lebih ke'il daripada >in drydan >out dry.
Hubun$an Laju A%ir Udara ':( den$an Di4usi4itas 'DA(
ubungan laju alir udara dengan difusifitas dapat dilihat dari 2 sisi yaitu dari jenis
aliran airnya (laminar) dan ke'epatan udaranya. ada grafik .2 dapat terlihat bah"a,
37
7/24/2019 Wetted Wall Column
38/45
semakin besar laju alir udaranya maka konstanta difusifitasnya semakin ke'il. al ini
karena dengan meningkatnya ke'epatan udara maka "aktu kontak antara udara dengan
air semakin 'epat sehingga menyebabkan semakin sedikitnya air yang akan berdifusi ke
udara (laju difusi ke'il) yang ditunjukan dengan penurunan nilai konstanta difusifitasnya
1000 1500 2000 2500 3000
77000000
7800000079000000
80000000
81000000
82000000
83000000
84000000
85000000
86000000
laju alir udara !"
di#usi$tas %&"
)ambar .2 . ubungan 8aju /lir 6dara dengan ifusifitas
Hubun$an Laju A%ir Udara ter"ada! oe4isien Per!inda"an #assa 'k)(
10001500200025003000
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
laju alir udara
'oe$sie( perpi(daha( massa
)ambar ., . ubungan 8aju /lir 6dara dengan &oefisien indah Massa
Meningkatnya ke'epatan aliran udara menyebabkan "aktu kontak antara udara
38
7/24/2019 Wetted Wall Column
39/45
dengan air di dalam kolom menjadi lebih singkat sehingga interaksi antara air-udara di
dalam kolom pun menjadi lebih singkat. /kibatnya proses kesetimbangan sulit untuk
ter'apai dan perpindahan massa air dari fasa 'air ke gas menjadi semakin sedikit.
&eadaan tersebut ditunjukkan dengan semakin menurunnya nilai &;. /kan tetapi, grafik
di atas tidak sesuai dengan analisis tersebut yang nanti akan dijelaskan faktor
penyebabnya pada analisis kesalahan.
Hubun$an Bi%an$an 0e&no%d '0E( ter"ada! Bi%an$an -c"midt '-c(
ubungan bilangan !her"ood dengan bilangan =eynold dan !'hmidt adalah
sebagai berikut+
!h 4 k =ea!'b
engan k, a, dan b adalah suatu konstanta. !emakin besar laju alir udara maka alirannya
semakin turbulen sehingga nilai bilangan =eynoldnya semakin besar. !edangkan bilangan
!'hmidt menunjukkan hubungan karakteristik fluida dengan kemampuannya berdifusi.
&etika aliran udara semakin 'epat maka "aktu kontak antara air dan udara semakin
sedikit, sehingga kemampuan berdifusi air ke udara semakin ke'il. /kibatnya, nilai
bilangan !'hmidt semakin besar sesuai dengan rumus berikut+
ABD
&c.
=
6.52 6.54 6.56 6.58 6.6 6.62 6.64 6.66
8.7
8.6
8.5
8.4
8.3
8.2
8.1
87.9
*(+) = 5+ 41.36
, = 0.88
Log Sh vs Log Re
Log Re
Log Sh
39
7/24/2019 Wetted Wall Column
40/45
)ambar . . &urva ilangan =eynold vs ilangan !'hmidt pada aliran laminer
engan kata lain, bilangan !'hmidt berbanding terbalik dengan koefisien
difusifitas. al ini juga dapat dilihat dari hubungan antara bilangan !'hmidt dengan
bilangan =eynold (udara) pada grafik yang telah tersedia pada pengolahan data. ari
grafik tersebut dapat dibuktikan bah"a semakin besar laju alir udara maka bilangan
!'hmidtnya juga 'enderung untuk mengalami peningkatan. engan meningkatnya
bilangan =eynold dan !'hmidt maka bilangan !her"oodnya juga akan semakin
meningkat. !ehingga dapat diketahui dengan meningkatnya laju alir udara, bilangan
!her"oodnya juga akan 'enderung semakin meningkat.
.2.2 Ana%isis Untuk A%iran Air Transisi
ada per'obaan kedua ini, pengolahan data yang dilakukan untuk melihat
hubungan antara bilangan !'hmidt, bilangan =eynold dan bilangan !her"ood. ilangan
!'hmidt merupakan bilangan tidak berdimensi yang dapat menyatakan karakteristik dari
suatu aliran. ari persamaan !'hmidt, terlihat bah"a bilangan !'hmidt berbanding
terbalik dengan difusivitas. *adi, semakin besar difusi massa yang terjadi, maka bilangan
!'hmidt-nya semakin ke'il. al ini sejalan dengan hasil per'obaan dimana bilangan
!'hmidt semakin menurun seiring dengan semakin bertambahnya difusivitas.
ilangan =eynold merupakan perbandingan antara gaya inersia dan gaya
viskositas dan biasa dijadikan parameter jenis aliran yang terjadi. ilangan =eynold hasil
kalkulasi menunjukkan ke'enderungan menaik seiring dengan bertambahnya ketinggian
minyak, identik dengan bertambahnya laju alir udara.
40
7/24/2019 Wetted Wall Column
41/45
6.54 6.55 6.56 6.57 6.58 6.59 6.6 6.61
8.64
8.62
8.6
8.58
8.56
8.54
8.52
*(+) = 1+ 15.16
, = 1
Log Sh vs Log Re
Log Re
Log Sh
)ambar .5. ur;a Bi%an$an 0e&no%d ;s Bi%an$an -c"midt !ada a%iran transisi
ada grafik hasil pengolahan data dapat terlihat bah"a saat !' (ilangan !'hmidt)
konstan, !h (bilangan !her"ood) akan semakin besar seiring dengan kenaikan =e
(bilangan =eynold). ari hasil pengolahan data dapat terlihat bah"a se'ara umum data
7/24/2019 Wetted Wall Column
42/45
menunjukkan hubungan karakteristik fluida dengan kemampuan berdifusi. !aat alirannya
turbulen, maka kemampuan untuk berdifusi semakin ke'il karena laju alirnya membesar
dan "aktu yang dibutuhkan makin singkat, akibatnya bilangan !'hmidt semakin ke'il.
!uhu udara pada saat masuk (Tin dry) dan keluar (Tout dry) kolom diukur dengan
menggunakan termometer dengan fluida yang digunakan tidak diketahui jenisnya namun
diketahui densitasnya sebesar 7.K:: grD'm3. ada aliran keluaran juga terdapat
termometer yang ujungnya berkapas basah sehingga T"et dapat diukur. Tin drymerupakan
suhu udara kering sebelum berinteraksi dengan air (sebelum masuk kolom), sedangkan
Tout dry merupakan suhu udara setelah berinteraksi dengan air (keluaran kolom). T"et
merupakan suhu referensi dimana pada suhu T"etini, kelembaban relatifnya diasumsikan
bernilai 177E. ada data per'obaan 1, 2 dan 3, terlihat bah"a untuk setiap ' tertentu,
maka Tin dry @ Tout dry @ T"et. al ini disebabkan udara setelah kontak dengan air (Tout dry)
lebih ke'il dari temperatur udara masuk sebelum kontak dengan air (Tin dry). !edangkan
T"etyaitu suhu yang diukur pada saat humidity 177E akan memiliki nilai yang lebih ke'il
bila dibandingkan dengan Tin dry dan Tout dry. !uhu masuk udara (Tin dry) mengalami
penurunan dan tidak konstan, hal ini dimungkinkan karena adanya kebo'oran pada laju
alir masuk.
erdasarkan literatur yang ada, semakin tinggi ', menunjukkan semakin besar
laju alir udara yang masuk ke dalam kolom. !emakin besarnya laju alir akan menurunkan
"aktu kontak dan kelembaban udara sehingga suhu keluaran menjadi lebih besar. amun
dari data yang didapat hal ini tidak terjadi, kemungkinan hal ini disebabkan karena sistem
##$ yang digunakan merupakan sistem sederhana dalam skala ke'il. %leh karena itu,
perubahan yang terjadi dalam per'obaan ini tidak terlalu signifikan.
ada a"al per'obaan praktikan melakukan pengambilan data kelembaban
('umidit$) a"al yang menunjukkan besarnya 'umidit$pada udara kering yang digunakan
selama per'obaan sehingga diperoleh 'umidit$nya sebesar :KE. &emudian kompressor
dinyalakan dan udara dialirkan melalui kolom namun tidak ada aliran air (aliran air
dimatikan). engambilan data 'umidit$dilakukan setelah beberapa saat mesin dinyalakan
dengan tujuan agar udara yang a"alnya ada di dalam kolom ##$ dengan kelembaban
tertentu keluar sehingga 'umidit$ yang terukur benar-benar merupakan 'umidit$ udara
kering yang ada di dalam kompressor. Humidit$yang diperoleh adalah sebesar :KE,
42
7/24/2019 Wetted Wall Column
43/45
artinya udara kering yang digunakan mengandung jumlah uap air sebanyak :KE dari
jumlah uap air maksimum yang bisa terdapat di udara pada suhu yang sama.
ari pengukuran dengan menggunakan termometer, diperoleh suhu air sebesar 2K
o$. !uhu air diasumsikan konstan selama per'obaan berlangsung sehingga viskositas air
dianggap tidak berubah selama per'obaan. erubahan viskositas air akan berpengaruh
pada sifat turbulen air. !emakin tinggi suhu air, semakin rendah viskositas sehingga aliran
air makin turbulen hal ini sesuai dengan persamaan
dvN
eR
..=
dimana merupakan
viskositas air.
., Ana%isis esa%a"an
ada praktikum Wetted Wall Column ini, terdapat kesalahan-kesalahan yang
mempengaruhi hasil akhir yang didapat, diantaranya +
?nterval "aktu (jarak) antar pengambilan data yang singkat dan tidak menunggu
sistem (aliran) men'apai keadaan stead$ state, sehingga data yang diamati setelah
diolah, akan menunjukkan penyimpangan jika dibandingkan dengan teoritisnya.
6dara dari kompresor tidak dipastikan apakah kelembabannya sama dan juga
udaranya terkadang tersendat dan tidak konstan.
&esalahan sebagian besar terletak pada kesalahan atau ketidakakuratan dari paralaks
praktikan mulai dari pemba'aan suhu, volume air dalam penentuan jenis aliran dan
kelembaban. &etidakakuratan dalam pemba'aan ini menyebabkan adanya error
factorpada hasil pengamatan.
&esalahan pemba'aan laju alir udara masuk yang menggunakan manometer, karena
pada prakteknya tinggi kedua permukaan 'airan pada manometer tidak konstan
melainkan terus berubah (dengan h atau yang makin menge'il)
43
7/24/2019 Wetted Wall Column
44/45
BAB >
E-I#PULAN
&esimpulan yang didapat dari per'obaan ini yaitu
1. &oefisien perpindahan massa rata-rata dari lapisan tipis air ke dalam aliran udara
dapat dihitung dari data umiditas, T in dry, T out dry, T "et dengan menggunakan
)s$c'ometric c'artdan bilangan tak berdimensiyang mengkarakteristik fenomena ini
seperti ilangan !her"ood, !'hmidt, dan =eynold.
2. 6ntuk setiap jenis aliran T in dry @ T out dry @ T "et dan juga berarti 'umidit$ (et @
'umidit$ out@ 'umidit$ in
3. !emakin tinggi laju alir udara makan konstanta difusivitas akan semakin ke'il.
. !emakin meningkat sifat turbulensi air, semakin besar perpindahan massa yang terjadi
dari air ke udara karena terjadinya arus eddy.
C. ilangan !her"ood, !'hmidt, dan =eynold saling berhubungan satu sama lain dan
ditunjukkan melalui persamaan
44
7/24/2019 Wetted Wall Column
45/45
DAFTA0 PU-TAA
/nonim. 1LLC. Petun1uk Praktikum Proses dan #)erasi Teknik "". epok+ 8aboratorium
roses dan %perasi >eknik ?? >; >6?.
olman, *. . 1LJ.Per)inda'an 3alor0 ter1, H. *asfi.6disi 3elima. *akarta+ Hrlangga.
>reybal, =obert H. 1LJ1.ass Transfer #)eration okyo+ M';ra"-ill