Laporan WWC

LAPORAN RESMI

MATERI

: WETTED WALL COLUMN

KELOMPOK: 6 / KAMIS ANGGOTA : 1. ABRAR HARIST

(21030112120011)

2. LUH ASTLA DIVA SAVITRI (21030112140183) 3. NITA ARIANI

(21030112120022)

LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2014

LAPORAN RESMI

MATERI

: WETTED WALL COLUMN

KELOMPOK: 6 / KAMIS ANGGOTA : 1. ABRAR HARIST

(21030112120011)

2. LUH ASTLA DIVA SAVITRI (21030112140183) 3. NITA ARIANI

(21030112120022)

LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2014

i

LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN RESMI

LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS DIPONEGORO

Materi

: Wetted Wall Column

Kelompok

: 6 / Kamis

Anggota

: 1. Abrar Harist

(21030112120011)

2. Luh Astla Diva Savitri

(21030112140182)

3. Nita Ariani

(21030112120022)

Semarang, 02 Desember 2014 Mengesahkan, Dosen Pembimbing

Ir. Hantoro Satriadi, M.T. NIP. 19600115 198810 1 001

ii

INTISARI Wetted Wall Column (WWC) merupakan suatu alat kolom dinding terbasahi dimana di dalamnya terjadi perpindahan massa dari fase cair ke fase gas. Praktikum ini dilakukan untuk menentukan besarnya Kgl dalam berbagai kondisi operasi serta hubungan antara bilangan tak berdimensi NRe dan NSh. Pada dasarnya susunan WWC terdiri dari tiga bagian utama, yaitu kolom perpindahan massa, sistem aliran dan pengukuran fase gas serta sistem aliran dan pengukuran fase cair. Humidifikasi adalah proses perpindahan air dari fase cair ke dalam campuran gas yang terdiri dari udara dan uap air karena adanya kontak antara cairan yang temperaturnya lebih tinggi dengan campurannya. Beberapa faktor bilangan yang mempengaruhi Kgl meliputi Laju alir, bilangan reynold (NRe),bilangan sherwood (NSh) dan faktor bentuk alat (L/D) Percobaan ini dilakukan dalam dua tahap yaitu tahap persiapan dan tahap operasi. Tahap persiapan meliputi kalibrasi laju alir air dan udara menggunakan skala rotameter air dan udara. Alat wet test meter diisi 4 liter air kemudian dipasang pada pipa keluar kolom, atur skala rotameter udara lalu catat waktu untuk sekali putaran jarum, ulangi untuk skala lain. Untuk kalibrasi rotameter air dilakukan dengan mengalirkan air kran kemudian atur skala rotameter air, ukur volume air yang keluar selama 10 detik, ulangi untuk skala lain. Pada tahap operasi dilakukan dengan mengukur temperatur wet bulb dan dry bulb udara masuk dan udara keluar pada variabel laju alir air maupun udara. Termometer untuk wet bulb dibungkus kapas basah terlebih dahulu. Kemudian kedua termometer dimasukkan pada pipa udara masuk dan keluar. Pengukuran suhu dilakukan setiap 10 menit untuk setiap variabel skala. Dari hasil percobaan diperoleh bahwa semakin besar laju alir air dan udara maka nilai Kgl semakin besar. Semakin besar laju alir air dan udara, nilai NRe yang diperoleh semakin besar. Hal ini menandakan aliran air dan udara semakin turbulen. Hubungan antara NSh dengan NRe adalah jika nilai NRe semakin besar maka nilai NSh juga semakin besar, dapat dinyatakan dengan persamaan NSh = 2.341 x 10-18 (NRe)5.4623 untuk air dan NSh = 5.007 x 108 (NRe)1.6876 untuk udara. Saran untuk praktikum ini yaitu pengukuran Td dan Tw dilakukan dengan cermat dan kedua termometer tidak saling bersentuhan. Termometer yang digunakan untuk mengukur Tw ditutupi dengan kapas yang dibasahi dengan air secara merata. Termometer tidak saling bersentuhan dengan dinding pipa saat tahap pengoperasian.

iii

SUMMARY Wetted Wall Column (WWC) is a wetted column where inside of this column occurs mass transfer from liquid phase to gas phase. The purpose of this experiment is to determine mass transfer coefficient (Kgl) in some variety of operating conditions and to assign relationship between dimensionless number, NRe and NSh. Basically, WWC arrangement consists of three main parts that is mass transfer, flow measurement system of gas phase and flow measurement system of liquid phase. Humidification is a process of transfer water from the liquid phase into the gas mixture consisting of air and water vapor due to the contact between the liquid temperature is higher with the mixture. Some of the factors that influence the number of Kgl are Flow rate, Reynolds number (NRe), Sherwood number (NSh) and appliance form factor (L/D) This experiment conducts in two steps: preparation step dan operation step. The preparation step includes water rotameter calibration air and air calibration with rotameter. Wet test meter is filled with 4 liters water then mounted on output pipe of the column, set the air rotameter scale and note the time for all round needle, repeat for the other scales. For water rotameter calibration performed by flowing water from the valve, set rotameter scale, measuring the volume of water that comes out for 10 seconds and repeat for the other scales. At the operation step performed by measuring the temperature of the wet bulb and dry bulb air in and air out at some variables flow rate of water and air. To the wet bulb thermometer wrapped in damp cotton wool first. Then the second thermometer inserted in output and input pipe. Temperature measurement is performed every 10 minutes for each variable scale. From the experimental results obtained that greater of flow rate water and air, the value of Kgl obtained greater. Greater of flow rate water and air, the value of NRe obtained greater. This indicates the flow of water and air get turbulent. The relationship between NRe with NSh is greater value of NRe, the value of NSh obtained greater too. It can be expressed by the equation NSh = 2.341 x 10-18 (NRe)5.4623 for water and NSh = 5.007 x 108 (NRe)1.6876 for air. Suggestions for this experiment is the measurement of Td and Tw is done carefully and the second thermometer not touch each other. Thermometer are used to measures Tw covered with cotton soaked with water evenly. Thermometer is not touching the pipe wall when the operation step.

iv

KATA PENGANTAR Puji syukur penulis penjatkan kehadirat Allah SWT, yang atas rahmat-Nya maka penulis dapat menyelesaikan Laporan Resmi Praktikum Operasi Teknik Kimia dengan materi “ Wetted Wall Column”. Dalam penulisan laporan resmi ini penulis merasa masih banyak kekurangan baik pada teknis penulisan maupun materi, mengingat akan kemampuan yang dimiliki penulis. Untuk itu kritik dan saran dari semua pihak sangat penulis harapkan demi penyempurnaan pembuatan makalah ini. Dalam penulisan laporan resmi ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada pihak-pihak yang membantu dalam menyelesaikan laporan resmi ini, khususnya kepada : 1. Kedua orang tua kami yang selalu mendoakan dan menjadi penyemangat kami. 2. Ir. Hantoro Satriadi, M.T.

selaku Dosen pembimbing Laboratorium Operasi Teknik

Kimia. 3. Asisten-asisten laboratorium Operasi Teknik Kimia yang telah membimbing kami. 4. Laboran yang telah membantu dalam menyiapkan peralatan praktikum. 5. Teman-teman Teknik Kimia yang dapat bekerjasama dengan baik. Akhir kata penulis berharap semoga laporan resmi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dengan menambah ilmu pengetahuan yang baru bagi pembaca.

Semarang,

Desember 2014

Penulis

v

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .....................................................................................................i LEMBAR PENGESAHAN .. ....................................................................................... ii INTISARI ................................................................................................................... iii SUMMARY .................................................................................................................iv KATA PENGANTAR .................................................................................................. v DAFTAR ISI ...............................................................................................................vi DAFTAR GAMBAR................................................................................................. viii DAFTAR TABEL .......................................................................................................ix BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ............................................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah .......................................................................................... 1 1.3 Tujuan Percobaan ........................................................................................... 1 1.3 Manfaat Percobaan ......................................................................................... 1 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Humidifikasi................................................................................................... 2 2.2 Wetted Wall Column ...................................................................................... 3 2.3 Bilangan Tak Berdimensi............................................................................... 4 2.4 Pengertian Tentang Koefisien Perpindahan Massa ........................................ 5 2.5 Perpindahan Massa pada Wetted Wall Column .............................................. 7 2.6 Teori Penetrasi ............................................................................................. 11 2.7 Teori Film .................................................................................................... 12 BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1 Bahan dan Alat yang Digunakan ................................................................. 13 3.2 Variabel Percobaan ...................................................................................... 13 3.3 Gambar Alat Utama ..................................................................................... 13 3.4 Respon ......................................................................................................... 14 3.5 Data yang Dibutuhkan ................................................................................. 14 3.6 Prosedur Percobaan ..................................................................................... 14 3.7 Analisis Hasil Percobaan ............................................................................. 15 BAB 4 PEMBAHASAN 4.1 Hasil Percobaan ........................................................................................... 16 4.2 Pembahasan ................................................................................................. 18 vi

BAB 5 PENUTUP 5.1 Kesimpulan ................................................................................................. 23 5.2 Saran ............................................................................................................ 23 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 24 LAMPIRAN LAPORAN SEMENTARA LEMBAR PERHITUNGAN REFERENSI LEMBAR ASISTENSI

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Wetted Wall Column ................................................................................. 3 Gambar 2.2 Pengaruh Koefisien Perpindahan Massa dari Fase Gas ke Fase Cair atau dari Fase Cair ke Fase Gas ..................................................................... 5 Gambar 2.3 Penampang Membujur dari Wetted Wall Column untuk Bagian Dimana Perpindahan Massa Fase Diukur ............................................................. 7 Gambar 2.4 Teori Penetrasi ........................................................................................ 11 Gambar 2.5 Teori Film ............................................................................................... 12 Gambar 3.1 Alat Praktikum Wetted Wall Column ..................................................... 13 Gambar 4.1 Grafik Hubungan Laju Alir Air terhadap Kgl Air .................................. 18 Gambar 4.2 Grafik Hubungan Laju Alir Udara terhadap Kgl Udara ......................... 18 Gambar 4.3 Grafik Hubungan Laju Alir Air terhadap NRe Air .................................. 20 Gambar 4.4 Grafik Hubungan Laju Alir Udara terhadap NRe Udara ......................... 20 Gambar 4.5 Grafik Hubungan NRe Air terhadap NSh Air ............................................ 21 Gambar 4.6 Grafik Hubungan NRe Udara terhadap NSh Udara .................................. 21

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Hasil Kalibrasi Rotameter Udara ................................................................ 16 Tabel 4.2 Hasil Kalibrasi Rotameter Air .................................................................... 16 Tabel 4.3 Hasil Variabel Laju Alir Udara .................................................................. 17 Tabel 4.3 Hasil Variabel Laju Alir Air ....................................................................... 17

ix

WETTED WALL COLUMN

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Perpindahan massa antar fase hampir dijumpai disetiap proses dalam teknik kimia, sebagai contoh: ekstraksi cair-cair, leaching, distilasi, absorbsi, pengeringan, dan pendinginan. Kontak antar fase gas dan cairan dapat terjadi dalam berbagai cara, misalnya: peristiwa dimana cairan dilewatkan kedalam bentuk lapisan film yang bergerak melalui cairan gas dilewatkan melalui tray tower. Dengan adanya kontak antar gas dan cairan, maka akan terjadi perpindahan massa antara gas dan cairan. Oleh karena itu diperlukan koefisien perpindahan massa dari fase gas ke cairan (Kgg) atau sebaliknya (Kgl).

1.2 Rumusan Masalah Praktikum WWC (Wetted Wall Column) merupakan praktikum yang membahas tentang perpindahan massa antar fasa, yaitu gas, dan cairan. Pada praktikum ini akan didapatkan besarnya koefisien perpindahan massa (Kgl), kondisi operasi (temperatur, tekanan, laju alir udara, dan laju alir air) yang mempengaruhi besarnya kgl dan nilai bilangan tak berdimensi yaitu pengaruh bilangan Reynold terhadap bilangan Sheerwood.

1.3 Tujuan Percobaan 1. Menentukan besarnya Kgl pada berbagai variabel operasi. 2. Menentukan pengaruh bilangan tak berdimensi NRe terhadap NSh.

1.4 Manfaat Percobaan 1. Mengetahui kondisi operasi yang mempengaruhi Kgl 2. Mengetahui fenomena yang terjadi pada saat praktikum Wetted Wall Column

1 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Humidifikasi Humidifikasi adalah proses perpindahan/penguapan air dari fase cair ke dalam campuran gas yang terdiri dari udara dan uap air karena adanya kontak antara cairan yang temperaturnya lebih tinggi dengan campurannya. Dalam proses humidifikasi, tergantung pada beberapa parameter, diantaranya: 

Temperature Dry Bulb Temperature dry bulb adalah temperatur yang terbaca pada termometer terkena udara bebas namun terlindung dari radiasi dan kelembapan. Temperatur dry bulb sering disebut sebagai temperatur udara, sehingga tidak menujukkan adanya jumlah uap air di udara.



Temperature Wet Bulb Temperature wet bulb adalah temperatur kesetimbangan yang dicapai apabila sejumlah kecil cairan diuapkan ke dalam jumlah besar campuran uap gas yang tidak jenuh. Metode yang dapat digunakan untuk mengukur temperature wet bulb adalah dengan menggunakan termometer yang diselubungi kapas atau kain basah kemudian dialirkan gas yang mempunyai properties T dry dan humidity H. Pada keadaan steady state, air akan menguap ke dalam aliran gas. Kapas atau kain basah akan mengalami pendinginan hingga suhu konstan. Suhu inilah yang disebut T wet bulb. Dalam penerapannya, T wet bulb digunakan untuk menentukan humidity dari campuran airudara.



Dew point Dew point adalah temperatur udara saat saturasi atau temperatur dimana uap air mulai mengembun ketika campuran udara dan uap air didinginkan.



Enthalpy Enthalpy adalah banyaknya kalor (energi) yang ada dalam udara setiap satu satuan massa.



Relative humidity Relative humidity adalah perbandingan antara fraksi mol uap dengan fraksi mol udara basah pada suhu dan tekanan yang sama (%).

2 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN



Persen humidity Persen humidity adalah besarnya kandungan uap air dalam udara kering. 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑢𝑎𝑝 𝑎𝑖𝑟 (𝑏𝑎𝑠𝑖𝑠 𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔)

% humidity = 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑢𝑟𝑎𝑛 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑎𝑛 𝑢𝑎𝑝 𝑎𝑖𝑟 𝑥 100% Humidity dinyatakan dengan y. Nilai y dapat dicari dengan menggunakan diagram psikrometrik, dengan mengetahui nilai temperature dry bulb dan temperature wet bulb.

2.2 Wetted Wall Column

Gambar 2.1 Wetted Wall Column Ketika dinding kolom dibasahi dan terisolasi dari lingkungannya sehingga sistem operasi merupakan sistem adiabatik dan cairan diresirkulasi dari bagian dasar kolom melalui reservoir ke puncak kolom, sistem operasi digambarkan sebagai humidifikasi adiabatik. Dalam keadaan ini, hubungan antara komposisi gas dan suhu gas dan cairan dapat dihitung dari termodinamika properti dan neraca massa dan energi. Berdasarkan pertimbangan, dinding kolom yang dibasahi sebagai humidifier adiabatik dengan ketentuan untuk kontrol suhu cairan di reservoir dan penambahan "make up" cairan ke reservoir pada suhu terkontrol. Asumsikan bahwa gas dan cairan seluruh sistem pada awalnya pada suhu yang sama. Massa dari cairan ditransfer sebagai proses penguapan, penurunan suhu yang diperlukan sebagai panas laten

3 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN

penguapan. Suhu cairan yang jatuh di bawah suhu gas, panas ditransfer dari gas ke cairan. Dengan cara ini gas didinginkan dan dilembabkan. Jika cairan masuk ke puncak kolom, harus dipertahankan pada suhu cairan keluar, tingkat suhu menurun cair, dan gradien suhu cairan melalui kolom menurun sedangkan suhu dan kelembaban gas yang masuk tetap konstan . Suhu gas yang keluar akan menurun karena suhu cairan berkurang karena kecepatan transfer panas yang lebih besar diperoleh dengan perbedaan besar dalam suhu antara gas dan cairan. Suhu gas buang akan selalu lebih tinggi dari cairan masuk. Proses pendinginan ini akan berlanjut sampai laju transfer panas dari gas ke cairan hanya setara dengan panas laten yang dibutuhkan untuk menguapkan cairan.

2.3 Bilangan Tak Berdimensi Terdapat beberapa faktor bilangan yang mempengaruhi koefisien perpindahan massa (Kgl) diantaranya meliputi: 

Bilangan Reynold (NRe) Dalam mekanika fluida, bilangan Reynolds adalah rasio antara gaya inersia (vsρ) terhadap gaya viskos (μ/L) yang mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tersebut dengan

suatu

kondisi

aliran

tertentu.

Bilangan

ini

digunakan

untuk

mengidentifikasikan jenis aliran yang berbeda, misalnya laminar dan turbulen. Dengan perumusan nilai bilangan sebagai berikut. Re =

𝜌 𝑉𝑠 𝐿 µ

=

𝑉𝑠 𝐿 𝜈

=

𝑔𝑎𝑦𝑎 𝑖𝑛𝑒𝑟𝑠𝑖𝑎 𝑔𝑎𝑦𝑎 𝑣𝑖𝑠𝑘𝑜𝑠

Dimana:



Vs

= kecepatan fluida

L

= panjang karakteristik

µ

= viskositas absolut fluida dinamis

ν

= viskositas kinematis fluida: ν = µ/ ρ

ρ

= kerapatan (densitas) fluida

Bilangan Schmidt (NSc) Bilangan Schmidt merupakan rasio dari momentum dan difusivitas massa. Bilangan ini digunakan untuk menentukan sifat aliran-aliran fluida dimana pada aliran tersebut proses konveksi-difusi momentum dan massa berlangsung secara simultan. Dengan perumusan sebagai berikut. 𝑉

Sc = 𝐷 =

µ 𝜌𝐷

Dimana: 4 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN



V

= viskositas kinematis (µ/ ρ dalam satuan unit (m2/s)

D

= difusivitas massa (m2/s)

µ

= viskositas dinamis dari aliran fluida (N.s/m2)

ρ

= densitas dari fluida (kg/m3)

Bilangan Sheerwood (NSh) Bilangan Sheerwood (Nusselt) merupakan bilangan tak berdimensi yang digunakan untuk mengetahui besarnya koefisien transfer massa (Kgl) dimana merupakan rasio dari koefisien konveksi transfer massa dengan difusivitas transfer massa. Sh =

𝐾𝐿 𝐷

Dimana: K

= koefisien transfer massa (m/s)

L

= panjang kolom perpindahan massa (m)

D

= difusivitas massa (m2/s)

2.4 Pengertian Tentang Koefisien Perpindahan Massa Koefisien perpindahan massa adalah besaran empiris yang diciptakan untuk memudahkan persoalan-persoalan perpindahan massa antar fase, yang akan dibahas disini adalah koefisien perpindahan massa dari fase gas ke fase cair atau sebaliknya dari sifat-sifat zat untuk menekan. Hal ini dapat diperhatikan pada gambar di dasar ini:

Gambar 2.2 Pengaruh koefisien perpindahan massa dari fase gas ke fase cair atau dari fase cair ke fase gas

Koefisien perpindahan massa dipengaruhi oleh beberapa hal, diantaranya: 1. Kondisi Operasi Kondisi operasi dapat berupa laju alir, temperatur dan tekanan.

5 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN

2. Kondisi Alat Kondisi alat meliputi diameter dan tinggi/panjang alat. 3. Sifat Bahan Sifat bahan dapat berupa densitas, viskositas, diffusivitas. Bila terjadi perpindahan massa dari fase cair ke fase gas pada bidang selang film, gas – cair dalam hal ini adalah penguapan dari permukaan cairan ke permukaan atau aliran udara. NAy = JAy + XA ( HAy + NBy) ……………………(1) Dimana : Nay

= fluks massa komponen A (dalam hal ini air) dalam arah y karena terbawa aliran fluida (gr mol/cm2 det)

NBy

= fluks massa komponen B (dalam hal ini udara) dalam arah y karena dimana aliran fluida (gr mol/cm2 det)

XA

= fraksi mol uap air difase gas yang merupakan fungsi dari y dan z

JAy

= fluks massa komponen A dalam arah y karena difusi molekuler (gr mol/cm2 det)

Maka persamaan (1) dapat ditulis kembali sebagai berikut : NAy – XA ( HAy + NBy ) = Jay……....………. (2) Menurut Hukum Fid pertama, maka JAy = – C DAB XA / y………......….………………(3) Pemecahan persamaan (3) untuk menentukan besarnya JAy memerlukan persyaratan bahwa XA/y diketahui lebih dulu. Untuk memecahkan persoalan yang rumit pada aliran, maka penggunaan persamaan (3) akan sangat menyulitkan. Oleh karena itu, didefinisikan koefisien perpindahan massa. JAy∝ = kg. LoC ( XAo – XA )……….………….(4) Dimana ( XAo – XA) adalah beda konsentrasi dan dinyatakan dengan fraksi mol dalam arah perpindahan massa y. Pendefinisian ( XAo – XA) ini menentukan definisi yang tepat dari kg, LoC (tanda LoC dari fase gas diganti huruf g). Pernyataan lokal disini dimaksudkan untuk menunjukkan bahwa kg dapat berbeda-beda dari satu posisi lain pada permukaan bidang selang perpindahan terjadi. Agar lebih memudahkan pemakaian, maka didefinisikan Kg rata-rata yang dinyatakan dengan Kgl sebagai berikut : 𝑆 𝐾𝑔 𝐿𝑜𝐶 𝑑𝑠

Kgl = ∫𝑆𝑜

𝑆

∫𝑆𝑜 𝑑𝑠

……………………………….. (5)

6 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN

Menurut definisi dipuncak maka Kgl = harga rata-rata kg . LoC untuk seluruh permukaan perpindahan massa J. Tentang ( XAo – XA) pada umumnya dilakukan pendefinisian sebagai berikut : XAo

= fraksi mol kompenan A pada fase gas tepat dipergunakan bidang selang

XA

= fraksi mol rata-rata komponen A, difase gas atau dengan rumus : 𝑋𝐴0 =

𝑋𝐴 𝐿𝑜𝑐 𝑑𝐴 𝑑𝐴

…………………. (6)

A

= luas penampang aliran gas yang tegak lurus terhadap permukaan perpindahan massa

XA

= seperti didefinisikan dipuncakjuga sehingga “cap-muxing arrage” dari XA. LoC.

2.5 Perpindahan Massa pada Wetted Wall Coloumn Guna menelaah perpindahan massa dalam wetted wall column, perhatikan gambar berikut ini:

Gambar 2.3 Penampang membujur dari wetted wall column untuk bagian dimana perpindahan massa fasa diukur/ditelaah

Kita tinjau sistem setinggi dz. Neraca material komponen A yang dilakukan terhadap segmen tersebut menghasilkan persamaan differensial sebagai berikut : d(W . XA) / dz = JAy D ………....…………..(7) dimana, W = laju alir massa gas dalam arah z (gr mole/det) Dengan menggunakan kenyataan bahwa penambahan laju alir massa dalam arah z hanyalah karena adanya fluks massa JAy maka dapat dituliskan hubungan sebagai berikut: 𝑑𝑊 𝑑𝑧

= JAY π D ……………………………….. (8)

7 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN

Persamaan (7) dan (8) akan menghasilkan hubungan : 𝑊

𝑑𝑋𝐴 𝑑𝑧

= (1 − 𝑋𝐴 ). 𝐽𝐴𝑌 . 𝜋. 𝐷..…………………. (9)

Dengan menggunakan (4) maka persamaan (9) dapat diubah menjadi : 𝑑𝑋𝐴 (1−𝑋𝐴 )(𝑋𝐴0 −𝑋𝐴 )

=

𝑘𝑔.𝐿𝑜𝑐.𝜋.𝐷 𝑊

𝑑𝑧…………….. (10)

Dalam menyelesaikan persamaan (10) maka perlu penganggapan bahwa XA rata-rata (lihat persamaan (6)), maka anggapan tersebut dapat digunakan. Selanjutnya dengan mengabaikan perubahan total dari W sepanjang kolom, mka integrasi persamaan (10) untuk Z = 0 sampai Z = L menghasilkan : 𝑧=𝐿

∫𝑧=0 𝑘𝑔.𝐿𝑜𝑐.𝜋.𝐷 𝜋.𝐷.𝐿

𝑊

∫

𝑧=𝐿

𝑑𝑋𝐴

= 𝐷.𝐿 (1−𝑋𝑧=0 )(𝑋 𝐴

……….. (11)

𝐴0 −𝑋𝐴 )

Ruas kiri adalah definisi kg,l sedang ekspansi parsiil, ruas kanan dapat dengan mudah diintegrasikan. (𝑋

𝑊

𝑘𝑔𝑙 = 𝜋.𝐷.𝐿.(1−𝑋

𝐴0 )

𝑍 )0 (1−𝑋 )

= ln (𝑋𝐴0−𝑍𝐴)1 (1−𝑋𝐴) …….… (12) 𝐴0− 𝐴

𝐴

Dengan persamaan ini maka kgl dapat ditentukan dari data percobaan. Korelasi empiris dimensi dapat diketahui bahwa kg,l dipengaruhi oleh NRe, NSc, dan factor geometris kolom (L/D). Pengaruh faktor-faktor tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut: NSh =

𝐾𝑔𝑙 𝐷𝑥 𝐶 𝐷𝐴𝐵

𝐿

= 𝑓(𝑁𝑅𝑒, 𝑁𝑆𝑐, 𝐷)…………….. (13)

NRe

= bilangan Reynold untuk aliran gas

NSc

= bilangan Schmidt untuk fasa gas

L/D

= perbandingan panjang kolom terhadap diameter kolom Suatu proses dimana terjadi suatu perpindahan suatu unsur pokok dari daerah yang

berkonsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah dinamakan perpindahan massa, Perpindahan massa yang terjadi dari suatu unsur yang berkonsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah dipengaruhi oleh ciri aliran liquid, seperti pada kasus heat transfer, mekanisme perpindahan massa terjadi dengan cepat. Jika sejumlah campuran gas yang terdiri dari dua jenis molekul atau lebih, dimana konsentrasi masing-masing berbeda, maka masing-masing molekul ini cenderung menuju ke komposisi yang sama seragam. Proses ini terjadi secara alami. Perpindahan massa makroskopis ini tidak tergantung pada konveksi dalam sistem. Proses ini didefinisikan sebagai difusi molekul. Pada persamaan perpindahan massa ditunjukkan hubungan antara flux dari substan yang terdifusi dengan gradient konsentrasi.

8 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN

JA,Z = - DAB

𝑑𝜏𝐴 𝑑𝑍

Dimana JA,Z merupakan molar flux pada Z, merupakan perubahan konsentrasi serta DAB adalah diffusivitas massa atau koefisien diffusivitas komponen A yang terdifusi melalui komponen B. Karena perpindahan masssa atau diffui hanya terjadi dalam campuran, maka pengaruh dari tiap komponen harus diperhitungkan. Misalnya, untuk mengetahui laju diffusi dari setiap komponen relative terhadap kecapatan campuran. Kecepatan campuran harus dihitung dari kecepatan rata-rata tiap komponen. Persamaan diatas dikenal dengan persamaan Frek’s law, dimana DAB adalah koefisien diffusivitas. Koefisien diffusivitas tergantung pada: 1. Tekanan 2. Temperatur 3. Komposisi Sistem Koefisien diffusivitas masing-masing fase berbeda-beda. Koefien diffusivitas untuk gas lebih tinggi, yaitu antara 5.10-6 – 10-5 m2/s , untuk liquid 10-10 – 10-9 m2/s dan untuk solid 10-14 -10-10 m2/s. Perpindahan massa konvektif termasuk perpindahan antara fluida yang bergerak atau dua fluida yang bergerak yang tidak tercampur. Model ini tergantung pada mekanisme perpindahan dan karakteristik gerakan fluida. Persamaan laju perpindahan massa konvektif sebagai berikut: NA = kτ ∆τA Dimana, NA

= peprindahan massa molar zat A

ΔτA = perbedaan konsentrasi antara permukaan dengan konsentrasi rata-rata fluida kτ

= koefien perpindahan massa konvektif

Mekanisme perpindahan massa antar permukaan dan fluida termasuk perpindahan massa molekul melalui lapisan tipis fluida stagnan dan aliran laminar. Beberapa operasi perpindahan massa yang termasuk difusi suatu komponen gas ke suatu komponen yang tidak berdifusi anatara lain adalah absorbsi dan humidifikasi. Persamaan yang digunakan untuk menggambarkan koefisien perpindahan massa konvektif adalah: 𝑁𝐴𝑍 =

𝐷𝐴𝐵 . 𝑃. 𝑃𝐴1 . 𝑃𝐴2 𝑅. 𝑇. (𝑍2 − 𝑍1 ). 𝐿𝑛𝑃𝐵

Dimana: NAZ

= laju perpindahan molar

9 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN

DAB

= diffuisivitas

P

= tekanan

R

= konstanta gas

T

= temperature

Z

= jarak

Persamaan ini diperoleh dari teori lapisan atau film theory, dimana gas melewati permukaan liquid. Teori lapisan ini didasarkan pada model dimana tahanan untuk berdifusi dari permukaan liquid ke aliran gas diasumsikan terjadi dalam suatu stagnan film atau laminar film tebal. Dengan kata lain, menunjukkan tebal lapisan liquid. 1. Transfer massa dari gas ke film falling liquid 2. Transfer massa dalam wetted wall column Kebanyakan data dari transfer massa antara diameter pipa dan aliran fluida telah ditentukan dengan menggunakan wetted wall columns. Alasan mendasar untuk menggunakan kolom-kolom ini untuk penyelidikan transfer massa adalah untuk mengontakkan luas area antara 2 fase sehingga dapat dihitung dengan tepat. Koefisien transfer massa konvektif untuk jatuhnya liquid film dikorelasikan oleh Vivian dan pecamenet dengan korelasi: 1

1 𝜌2 𝑔𝑍 3 6 𝐾𝑙 𝑍 = 0,433 (𝑆𝑐)2 [ 2 ] (𝑅𝑒)0,4 𝐷𝐴𝐵 𝜇

Dimana: Z

= panjang

DAB

= diffuisivitas massa antara komponen A dan B

ρ

= densitas liquid B

μ

= viskositas liquid B

g

= percepatan gravitasi

Sc

= schimdt number (dievaluasikan pada tempeartur film liquid)

Re

= Bilangan Reynold

10 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN

2.6 Teori Penetrasi Teori penetrasi yang dinyatakan oleh Trey Ball menyatakan kontak 2 fluida. Pada gambar (a) gelembung gas membesar melalui liquid yang mengabsorbsi gas. Partikel liquid mula-mula berada di puncak gelembung dimana partikel liquid siap sepanjang permukaan gelembung. Pada gambar (b) terlihat dimana liquid dengan gerakan turbulen memperlihatkan arus eddy konstan.

Gambar 2.4 Teori Penetrasi

Mula-mula partikel gas terlarut tidak seragam dan mula-mula arus eddy dianggap diam, jika arus eddy dibiarkan berkontak dengan gas pada permukaannya, konsentrasi liquid permukaan gas Ca yang berada pada kelarutan keseimbangan gas dari liquid selama partikel liquid menjadi penentu difusi unsteady state atau penetrasi solute pada arah Z. Untuk waktu yang pendek dan difusinya berlangsung pelan di dalam molekul solute yang larut tidak pernah mencapai kedalaman Zp sesuai dengan ketebalan arus eddy. Keadaan puncak yang ada pada fenomena transfer massa dalam dinding kolom yang dibasahi adalah : CA0 pada 9 = 0 , untuk semua Z CA pada Z = 0 , 9 > 0 CA0 pada Z = ∞ , untuk semua 9

11 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN

2.7 Teori Film Gambar di bawah ini memperlihatkan cairan yang sedang jatuh pada lapisan (film) dengan aliran laminer ke dasar pada permukaan rotameter yang vertikal berkontak dengan gas A yang larut ke dalam cairan dengan konsentrasi A yang seragam CA0 dari pada A pada puncaknya.

Gambar 2.5 Teori Film Pada permukaan cairan, konsentrasi gas terlarut CA, yang berada dalam keseimbangan dengan tekanan A pada fase gas karena CA > CA0 gas terlarut ke dalam cairan. Koefisien perpindahan massa Kgl dengan sejumlah gas terlarut setelah liquid terjenuh sejauh L dan dihitung. Masalah ini dapat dipecahkan dengan penyelesaian simultan persamaan kontinuitas. Untuk komponen A dengan persamaan yang menggambarkan liquid yaitu persamaan laminer. Persamaan simultan dan jumlah persamaan diferensial partikel menjadi lebih mudah dengan beberapa asumsi : 1. Tidak ada reaksi kimia 2. Pada arah A kondisinya tidak berubah 3. Kondisinya steady state 4. Kecepatan adsorbsi gas sangat kecil. 5. Difusi A pada arah yang diabaikan dibandingkan dengan gerakan ke dasar. 6. Sifat-sifat fisiknya constan

12 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Bahan dan Alat yang Digunakan 3.1.1 Bahan 1. Udara 2. Air 3.1.2 Alat 1. Wetted Wall Column 2. Wet Test Meter 3. Termometer 4. Stopwatch 5. Gelas ukur

3.2 Variabel Percobaan 

Variabel Tetap : Waktu Kalibrasi Air Volume Wet Test Meter

= 10 detik = 4 Liter

Laju Alir Udara Tetap pada skala rotameter udara = 1100 Laju Alir Air Tetap pada skala rotameter air 

= 80

Variabel Berubah : Laju Alir dengan Rotameter Udara = 900, 1000, 1100, 1200, 1300 Laju Alir dengan Rotameter Air

= 60, 70, 80, 90, 100

3.3 Gambar Alat Utama

Gambar 3.1 Alat Praktikum WWC

13 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN

3.4 Respon 1. Kalibrasi Rotameter Air Volume air yang ditampung (ml) dan waktu 10 detik pada setiap laju alir. 2. Kalibrasi Rotameter Udara Waktu yang dibutuhkan (detik) untuk 1 kali putaran dengan volume wet test meter 4 L. 3. Tahap Operasi Suhu (0C) Wet Bulb dan Dry Bulb di dasar dan puncak kolom pada variabel laju alir air dan variabel laju alir udara pada waktu 10 menit. 4. Analisa Data Hasil Percobaan Mahasiswa diharapkan dapat : a) Membuat kurva hubungan koefisien transfer massa (kgl) dengan laju alir dan dapat menyelesaikan fenomena-fenomena yang terjadi b) Mengetahui pengaruh Nre terhadap Nsh c) Mencari konstanta a dan b persamaan bilangan tak berdimensi yang telah

disusun 3.5 Data yang Dibutuhkan 1. Waktu untuk 1 kali putaran jarum wet test meter (sekon) 2. Volume air selama 10 detik (ml) 3. Td dan Tw input 4. Td dan Tw output

3.6 Prosedur Percobaan Pelaksanaan pekerjaan dapat dibagi dalam dua tahap yaitu tahap persiapan dan tahap operasi. A. Tahap Persiapan 1. Kalibrasi Rotameter Udara 

Menjalankan rotameter udara



Mengisi wet test meter volume 4 liter dengan air sehingga putaran jarum konstan



Memasang wet test meter dengan air sehingga putaran jarum konstan



Mengatur skala rotameter pada penunjukkan waktu tertentu (use valve)



Menhitung waktu yang diperlukan jarum untuk satu putaran



Mengulangi sampai 3x

14 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN



Ulangi langkah di atas untuk skala rotameter udara yang lain

2. Kalibrasi Rotameter Air 

Mengalirkan air dengan membuka kran pada jarak tertentu



Membaca skala rotameter pada penunjuk tertentu



Mengalirkan air selama 10 detik dan menampung airnya untuk mengetahui volumenya



Mengukur volume air



Mengulangi sampai 3x



Mengulangi langkah diatas untuk skala rotameter yang lain

B. Tahap Operasi 1. Mengalirkan air dari kran air pada penunjukkan skala rotameter tertentu 2. Mengalirkan udara pada penunjukkan skala rotameter udara tertentu 3. Mengukur suhu wet bulb (ujung termometer diselubungi kapas basah) dan dry bulb pada puncak dan dasar kolom 4. Membaca dan mencatat suhu pada termometer 5. Ulangi langkah 1-4 sebanyak 4 skala lainnya

3.7 Analisa Hasil Percobaan 1. Dari percobaan didapat data Td dan Tw pada input serta Td dan Tw pada output 2. Dengan menggunakan Diagram Psychrometric didapat nilai Y (humidity) 3. Perhitungan Kgl 𝑊

𝑋 ∗ 𝐴1−𝑋𝐴1

Kgl = 𝜋 𝐷 𝐿 ln 𝑋 ∗ 𝐴2−𝑋𝐴2 dimana X*A1  plot Tw in , XA1 = Ym dan X*A2  plot Tw out , XA2 = Yk 4. Perhitungan NSh NSh =

𝐾𝑔𝑙 𝑃𝑚 𝑅 𝑇 𝐷 𝑃𝑡 2 𝐷𝐴𝐵

NSh = a (NRe) b ; a dan b dicari dengan metode Least Square 5. Perhitungan Prosentase Kesalahan | (𝑁𝑆ℎ)ℎ−(𝑁𝑆ℎ)𝑝 | (𝑁𝑆ℎ)ℎ

∑

% kesalahan =

𝑛 𝑑𝑎𝑡𝑎

x 100 %

15 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN

BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Percobaan

Tabel 4.1 Hasil Kalibrasi Rotameter Udara ( volume air = 4 L ) Skala

Waktu / putaran (s)

Rata-rata (s)

Q Udara (m3/s)

I

II

III

900

24

24

25.3

24.43

0.0001637

1000

17.1

17

16.8

16.97

0.0002357

1100

14

14.8

14.6

14.77

0.0002708

1200

14.1

14.6

14.4

14.57

0.0002745

1300

14.4

14.5

14.4

14.43

0.0002772

Tabel 4.2 Hasil Kalibrasi Rotameter Air ( t = 10 s ) Skala

Volume air (ml)

Rata-rata

Q Air (m3/s)

I

II

III

(ml)

60

185

180

185

183.33

0.000018333

70

215

210

210

211.67

0.000021167

80

250

245

250

248.33

0.000024833

90

260

260

270

263.33

0.000026333

100

290

295

305

296.67

0.000029667

16 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN

Tabel 4.3 Hasil Variabel Laju Alir Udara ( skala rotameter air tetap = 80 ) Td in

Tw in

Td out

Tw out

(oC)

(oC)

(oC)

(oC)

900

33.3

25.9

29.1

1000

34.5

25.9

1100

34.5

1200 1300

Skala

Kgl

NRe

NSh

25.5

-4.501 x 10-6

1330.46

8.3 x 1013

29.8

25.5

7.013 x 10-6

1915.33

2.6 x 1014

25.9

29.5

25.3

5.621 x 10-6

2200.62

2.1 x 1014

34.5

26.5

30.1

25.4

5.195 x 10-6

2230.83

1.9 x 1014

34.7

25.9

29.8

25.4

2.881 x 10-5

2525.42

2.1 x 1014

Tabel 4.4 Hasil Variabel Laju Alir Air ( skala rotameter udara tetap = 1100 ) Td in

Tw in

Td out

Tw out

(oC)

(oC)

(oC)

(oC)

60

32

25.5

28.5

70

31.5

25.5

80

32.1

90 100

Skala

Kgl

NRe

NSh

24.7

-1.26 x 10-6

148.97

2.85 x 10-6

29.0

25.8

1.051 x 10-6

171.99

4.67 x 10-6

26.0

28.5

25.3

1.401 x 10-6

201.79

2.53 x 10-6

32.5

25.5

29.0

25.5

1.446 x 10-6

213.97

6.48 x 10-6

31.5

25.0

29.2

25.4

2.798 x 10-6

241.07

8.37 x 10-5

Hubungan NRe dan NSh 

Pada variabel laju alir udara : NSh = 5.007 x 108 (NRe)1.6876



Pada variabel laju alir air

: NSh = 2.341 x 10-18 (NRe)5.4623

Persen Kesalahan Rata-rata 

Pada variabel laju alir udara : 14.76 %



Pada variabel laju alir air

: 96.78 %

17 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN

4.2 Pembahasan 4.2.1 Pengaruh Hubungan Laju Alir terhadap Kgl

Laju alir air vs Kgl air 1,50E-05 1,00E-05

y = 0,7975x - 2E-05 R² = 0,1786

Kgl air

5,00E-06 0,00E+00 0,00E+00 5,00E-06 1,00E-05 1,50E-05 2,00E-05 2,50E-05 3,00E-05 3,50E-05 -5,00E-06 -1,00E-05 -1,50E-05

Laju alir air (m3/s)

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Laju Alir Air terhadap Kgl Air

Laju alir udara vs Kgl udara 3,50E-05 3,00E-05 2,50E-05

Kgl udara

2,00E-05 y = 0,1676x - 3E-05 R² = 0,4315

1,50E-05 1,00E-05 5,00E-06

0,00E+00 0,00E+00 5,00E-05 1,00E-04 1,50E-04 2,00E-04 2,50E-04 3,00E-04 -5,00E-06 -1,00E-05

Laju alir udara (m3/s)

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Laju Alir Udara terhadap Kgl Udara Dari gambar 4.1 dan gambar 4.2 hubungan antara laju alir terhadap Kgl pada air dan udara terlihat bahwa semakin besar laju alir air maka nilai Kgl air semakin besar pula karena bertambahnya debit air. Kgl merupakan koefisien perpindahan massa cair gas. Semakin besar

18 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN

laju alir maka semakin banyak massa yang terkandung, oleh karena itu perpindahan massa cair gas semakin besar. Pada variabel udara, semakin besar laju alir udara maka nilai Kgl udara juga semakin besar karena bertambahnya debit udara. Kgl merupakan koefisien perpindahan massa cair gas. Semakin besar laju alir maka semakin banyak massa yang terkandung sehingga perpindahan massa cair gas semakin besar. Hal ini dapat ditunjukkan pada persamaan: 𝑄

𝜌 Dimana W = 𝐵𝑀 𝑢𝑘 (1+𝑌 ′ )

Keterangan : D

: diameter kolom (m)

L

: panjang kolom (m)

Quk

: laju alir udara (m3/s)

BM

: berat molekul udara

Y’

: Td in saturasi (100% humidity)

19 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN

4.2.2 Pengaruh Hubungan Laju Alir terhadap Bilangan Reynold (NRe)

Laju alir air vs N Re air 3,00E+02

N Re air

2,50E+02

y = 8E+06x - 0,0004 R² = 1

2,00E+02 1,50E+02 1,00E+02 5,00E+01

0,00E+00 0,00E+00 5,00E-06 1,00E-05 1,50E-05 2,00E-05 2,50E-05 3,00E-05 3,50E-05 Laju alir air (m3/s)

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Laju Alir Air terhadap NRe Air

Laju alir udara vs N Re udara 2,50E+03 y = 8E+06x + 9E-12 R² = 1

N R e udara

2,00E+03 1,50E+03 1,00E+03 5,00E+02 0,00E+00 0,00E+00

5,00E-05

1,00E-04

1,50E-04

Laju alir udara

2,00E-04

2,50E-04

3,00E-04

(m3/s)

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Laju Alir Udara terhadap NRe Udara Berdasarkan gambar 4.3 dan gambar 4.4 hubungan antara laju alir terhadap bilangan Reynold (NRe) pada air maupun udara mengalami kenaikan. Dari hasil pecobaan diperoleh bahwa semakin besar laju alir air dan udara diperoleh NRe yang semakin besar. Harga NRe menunjukkan bahwa semakin besar NRe maka aliran air maupun udara semakin turbulen. Semakin besar laju alir air dan udara menyebabkan aliran menjadi turbulen yang ditandai dengan meningkatnya harga NRe.

20 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN

4.2.3 Pengaruh Hubungan Bilangan Reynold terhadap Bilangan Sherwood

N Re air vs N Sh air 1,00E-04 8,00E-05

y = 7E-07x - 0,0001 R² = 0,5216

N Sh air

6,00E-05 4,00E-05 2,00E-05

0,00E+00 0,00E+00 5,00E+01 1,00E+02 1,50E+02 2,00E+02 2,50E+02 3,00E+02 -2,00E-05 N Re air

Gambar 4.5 Grafik Hubungan NRe Air terhadap NSh Air

N Re udara vs N Sh udara 3,00E+14

N Sh udara

2,50E+14

y = 1E+11x - 5E+13 R² = 0,5336

2,00E+14 1,50E+14 1,00E+14 5,00E+13 0,00E+00 0,00E+00

5,00E+02

1,00E+03

1,50E+03

2,00E+03

2,50E+03

N Re udara

Gambar 4.6 Grafik Hubungan NRe Udara terhadap NSh Udara Dari gambar 4.5 hubungan antara NRe air terhadap NSh air dan gambar 4.6 hubungan antara NRe udara terhadap NSh udara mengalami kenaikan. Semakin besar harga NRe maka harga NSh juga semakin besar. Hal ini dikarenakan NRe yang semakin besar menunjukkan bahwa alirannya semakin turbulen sehingga nilai Kgl semakin besar dan pada akhirnya harga NSh juga semakin besar, sesuai persamaan : NSh = a NRe b ; NSh berbanding lurus dengan NRe Dari percobaan diperoleh hubungan antara bilangan Reynold dan bilangan Sherwood pada variabel laju alir air dan laju alir udara, yaitu:

21 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN

a) Variabel laju alir air Dari percobaan didapat hubungan persamaan NSh = 2.34 x 10-18 (NRe)5.4623 dengan persen kesalahan 96.78 % b) Variabel laju alir udara Dari percobaan didapat hubungan persamaan NSh = 5.007 x 108 (NRe)1.6876 dengan persen kesalahan 14.76 %

22 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan 1. Semakin besar laju alir air dan udara maka Kgl air dan udara semakin besar. 2. Semakin besar laju alir air dan udara didapat harga NRe semakin besar. 3. Semakin besar NRe air dan udara didapat NSh udara semakin besar. 4. Hubungan antara NSh dengan NRe dapat dinyatakan dengan persamaan : NSh = a NRe b. Dimana untuk laju alir air NSh = 2.34 x 10-18 (NRe)5.4623 dan untuk laju alir udara NSh = 5.007 x 108 (NRe)1.6876

5.2 Saran 1. Pengukuran suhu Td dan Tw pada input maupun output dilakukan dengan cermat dan tidak bersentuhan. 2. Kapas yang digunakan untuk pengukuran Tw dibasahi secara merata. 3. Termometer tidak bersentuhan dengan dinding pipa input maupun output.

23 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

WETTED WALL COLUMN

DAFTAR PUSTAKA Bird, R.B., Stewart, Wt.Light., Foote, E.N. 1968. Transport Phenomena. Mc Cabe, W.L., J Smith. 1956. Unit Operation. Mc Graw Hill. New York. Treybal,R.E. 1980. Mass Transfer Operation. 3rd ec. Mc Graw Hill Book Co. Book of Japan.

24 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

LAPORAN SEMENTARA PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA

Materi : WETTED WALL COLUMN

KELOMPOK

:

6 / KAMIS

ANGGOTA

:

ABRAR HARIST LUH ASTLA DIVA SAVITRI NITA ARIANI

LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2014

A. Kalibrasi Rotameter Udara (skala rotameter air = 80) Skala I (s) II (s)

III (s)

900

24

24

25.3

1000

17.1

17

16.8

1100

14

14.8

14.6

1200

14.1

14.6

14.4

1300

14.4

14.5

14.4

B. Kalibrasi Rotameter Air (skala rotameter udara = 1100) Skala

I (ml)

II (ml)

III (ml)

60

185

180

185

70

215

210

210

80

250

245

250

90

260

260

270

100

290

295

305

C. Variabel Udara (skala rotameter air tetap=80) Skala

Input

Output

Td (oC)

Tw (oC)

Td (oC)

Td (oC)

900

33.3

25.9

29.1

25.5

1000

34.5

25.9

29.8

25.5

1100

34.5

25.9

29.5

25.3

1200

34.5

26.5

30.1

25.4

1300

34.7

25.9

29.8

25.4

D. Variabel Air (skala rotameter udara tetap=1100) T w

Skala

Input

Output

Td (oC)

Tw (oC)

Td (oC)

Td (oC)

60

32

25.5

28.5

24.7

70

31.5

25.5

29.0

25.8

80

32.1

26.0

28.5

25.3

90

32.5

25.5

29.0

25.5

100

31.5

25.0

29.2

25.4

Semarang, 23 Oktober 2014 Praktikan

Abrar

Diva

Asisten

Nita

Joddy Christyawan

LEMBAR PERHITUNGAN

Diameter kolom

: 18.8 cm

= 0.188 m

Panjang kolom

: 5.987 cm

= 0.05987 m

Densitas air

: 0.995341 gr/ml

= 995.341 kg/m3

Densitas udara

: 0.0011313 gr/ml

= 1.1313 kg/m3

Viskositas air

: 0.83 cp

= 8.3 x 10-4 kg/m sec

Viskositas udara

: 0.018 cp

= 1.8 x 10-5 kg/m sec

Suhu ruangan

: 30oC

= 303 K

Tekanan udara

: 1 atm

= 1.0132 x 10-5 N/m2

A. Kalibrasi Rotameter Udara (Volume = 4 Liter) Waktu 1 putaran (t)

Skala

Rata-rata (t)

Q Udara (m3/s)

I

II

III

900

24

24

25.3

24.43

0.0001637

1000

17.1

17

16.8

16.97

0.0002357

1100

14

14.8

14.6

14.77

0.0002708

1200

14.1

14.6

14.4

14.57

0.0002745

1300

14.4

14.5

14.4

14.43

0.0002772

B. Kalibrasi Rotameter Air (Waktu = 10 Detik) Volume (ml)

Skala

Rata-rata

Q Air (m3/s)

I

II

III

(ml)

60

185

180

185

183.33

0.000018333

70

215

210

210

211.67

0.000021167

80

250

245

250

248.33

0.000024833

90

260

260

270

263.33

0.000026333

100

290

295

305

296.67

0.000029667

Rumus yang digunakan: Quk =

𝑉𝑜𝑙

Qum =

𝑡 𝑉𝑚 𝑉𝑘

x Quk

𝑇𝑑𝑖

Vm =

𝑥

273 𝑇𝑑𝑜

Vk = 273 𝑥

1 𝑃𝑚 1

𝑥 (1 + 𝑌𝑚)22.4

𝑥 (1 + 𝑌𝑘)22.4

𝑃𝑘

Dari persamaan di atas: Quk , Qum

: debit air keluar , masuk (m3/s)

Vol

: volume udara yang mengalir (m3)

Vm , Vk

: volume udara masuk , keluar (m3)

Tdi , Tdo

: suhu dry bulb masuk , keluar (K)

Pm , Pk

: tekanan udara masuk , keluar (N/m2)

Ym , Yk

: molal humidity udara masuk , keluar (mol air/mol udara kering)

Dalam percobaan Pm = Pk = 1 atm, maka persamaan menjadi: 𝑉𝑚 𝑇𝑑𝑖 (1 + 𝑌𝑚) = 𝑉𝑘 𝑇𝑑𝑜 (1 + 𝑌𝑘) Ym dan Yk dapat dicari dari diagram psikometrik. Tw diplotkan pada garis 100% humidity kemudian tarik garis saturated adiabatic ke Td, maka didapat: 

Tw in , Td in  Ym



Tw out , Td out  Yk

C. Perhitungan Bilangan Reynold Air NRe =

𝜌𝐷𝑣 µ

NRe air =

𝑄

;v=𝐴

4 𝜌𝑎 𝑄𝑎 𝐷µ 𝜋

; D = diameter kolom

D. Perhitungan Tebal Lapisan Film 3 µ𝑎 𝑄𝑎 1/3 ] ; 𝑎𝑔𝜋𝐷

δ = [𝜌

g = konstanta gravitasi = 9.8 m/s2

E. Perhitungan Bilangan Reynold Udara 4𝜌 𝑄

𝑢 𝑢 NRe udara = (𝐷−2𝛿)𝜋

µ𝑢

F. Perhitungan Kgl 𝑋 ∗ 𝐴1−𝑋𝐴1

𝑊

Kgl = 𝜋 𝐷 𝐿 ln 𝑋 ∗ 𝐴2−𝑋𝐴2 X*A1  plot Tw in , XA1 = Ym X*A2  plot Tw out , XA2 = Yk 𝑄

𝜌 Dimana, W = 𝐵𝑀 𝑢𝑘 (1+𝑌 ′ )

BM udara = 28.97 kg/mol Y’ = Td in saturasi (100% humidity)

G. Perhitungan Bilangan Sherwood NSh =

𝐾𝑔𝑙 𝑃𝑚 𝑅 𝑇 𝐷 𝑃𝑡 2 𝐷𝐴𝐵

Kgl

: koefisien transfer massa udara (mol/m2 sec)

Pm

: tekanan parsiil rata-rata

Pt

: tekanan total = 1.0132 x 10-5 N/m2

R

: konstanta gas ideal = 8.314 Nm/kmol K

T

: temperature absolute = 303 K

DAB

: difusivitas

air udara, interpolasi dari data yang didapat dari Treyball 2-1

2.6384 x 105 m2/s YA1 = X*A1

YA2 = X*A2

P1 = Pt – PA1

Pm =

1−𝑃2 𝑃 ln( 1 ) 𝑃2

𝑋∗

𝑋∗

PA1 = (1+𝑌𝐴1 ) Pt

PA2 = (1+𝑌𝐴2 ) Pt

𝐴1

𝐴2

P2 = Pt – PA2

H. Perhitungan Bilangan Sherwood NSh = a (NRe) b ; a dan b dicari dengan Least Square

I. Perhitungan Prosentase Kesalahan | (𝑁𝑆ℎ)ℎ−(𝑁𝑆ℎ)𝑝 | (𝑁𝑆ℎ)ℎ

∑

% kesalahan =

𝑛 𝑑𝑎𝑡𝑎

x 100 %

P

J. Variabel Laju Alir Air (skala udara = 1100) Skala Air

Td in (oC)

Tw in (oC)

Td out (oC)

Tw out (oC)

Ym=XA1

Yk=XA2

60

32

25.5

28.5

24.7

0.0178

0.0184

70

31.5

25.5

29.0

25.8

0.0180

0.0188

80

32.1

26.0

28.5

25.3

0.0192

0.0190

90

32.5

25.5

29.0

25.5

0.0174

0.0192

100

31.5

25.0

29.2

25.4

0.0172

0.0194

Skala Air

Td in (K)

Td out (K)

Vm/Vk

Q air

NRe air

60

305

301.5

1.0111

0.000018333

148.97

70

304.5

302

1.0063

0.000021167

171.99

80

305.1

301.5

1.0121

0.000024833

201.79

90

305.5

302

1.0098

0.000026333

213.97

100

304.5

302.2

1.0054

0.000029667

241.07

Skala Air

NRe udara

Y’

W

X*A1

X*A2

60

1330.46

0.0315

4.807E-06

0.0206

0.0198

70

1915.33

0.0312

6.870E-06

0.0206

0.0202

80

2200.62

0.0317

7.952E-06

0.0216

0.0206

90

2230.83

0.0321

8.311E-06

0.0206

0.0210

100

2525.42

0.0312

8.258E-06

0.0202

0.0208

Skala Air

Kgl

PA1

60

-1.26 x 10-6



P1

P2

Pm

NSh

2081.39 2002.13

101039

101117

1.33E+13

2.85 x 10-6

70

1.051 x 10-6 2081.39 2041.78

101039

101078

2.66E+13

4.67 x 10-6

80

1.401 x 10-6 2180.29 2081.39

100940

101038

1.06E+13

2.53 x 10-6

90

1.446 x 10-6 2081.39 2120.97

101039

100999

-2.57E+13

6.48 x 10-6

100

2.798 x 10-6 2041.78 2101.19

101078

101018

-1.77E+13

8.37 x 10-5

Hubungan antara NSh dan NRe

NSh = a (NRe) b Log NSh = log a + b log (NRe) y = c + mx

PA2

Skala Air

Log NRe (x)

Log NSh (y)

60

2.173099

-5.545

70

2.235525

-5.329

80

2.304895

-5.599

90

2.330366

-5.188

100

2.3821399

-4.077

Dengan metode Least Square didapat, y = 5.4623 x - 17.631 m = b = 5.4623 c = log a = - 17.631, maka a = 2.34 x 10-18 Didapat NSh = 2.34 x 10-18 (NRe)5.4623 

Perhitungan % kesalahan | (𝑁𝑆ℎ)ℎ−(𝑁𝑆ℎ)𝑝 | (𝑁𝑆ℎ)ℎ

∑

% kesalahan =

𝑛 𝑑𝑎𝑡𝑎

x 100 %

Skala Air

(NSh)h

(NSh)p

% kesalahan

60

2.85 x 10-6

1.7342E-6

39

70

4.67 x 10-6

3.8028E-6

18

80

2.53 x 10-6

9.0996E-6

261

90

6.48 x 10-6

1.2539E-5

93

100

8.37 x 10-5

2.4041E-5

71

Rata-rata kesalahan

96.78 %

K. Variabel Laju Alir Udara (skala air = 80) Skala

Td in (oC)

Tw in (oC)

Td out (oC)

Tw out

Ym=XA1

Yk=XA2

(oC) 900

33.3

25.9

29.1

25.5

0.017

0.0205

1000

34.5

25.9

29.8

25.5

0.0175

0.0195

1100

34.5

25.9

29.5

25.3

0.0195

0.0193

1200

34.5

26.5

30.1

25.4

0.0182

0.0175

1300

34.7

25.9

29.8

25.4

0.0160

0.0181

Skala

Td in (K)

Td out (K)

Vm/Vk

Q udara

NRe udara

900

306.3

302.1

1.01043

0.0001637

1330.46

1000

307.5

302.8

1.01291

0.0002357

1915.33

1100

307.5

302.5

1.01377

0.0002708

2200.62

1200

307.5

303.1

1.00565

0.0002745

2230.83

1300

307.7

302.8

1.00527

0.0002772

2525.42

Skala

Q udara

NRe udara

Y’

W

X*A1

X*A2

900

0.0001637

1330.46

0.33

4.807E-06

0.21

0.22

1000

0.0002357

1915.33

0.34

6.870E-06

0.215

0.21

1100

0.0002708

2200.62

0.33

7.952E-06

0.22

0.215

1200

0.0002745

2230.83

0.29

8.311E-06

0.215

0.21

1300

0.0002772

2525.42

0.32

8.258E-06

0.19

0.215

Skala

Kgl

PA1

PA2

P1

P2

Pm

NSh

900

-4.501 x 10-6

17896

18595

85223

84524

-1.1E+12

8.3 x 1013

1000

7.013 x 10-6

18247

17896

84872

85223

2.1E+12

2.6 x 1014

1100

5.621 x 10-6

18595

18247

84524

84873

2.1E+12

2.1 x 1014

1200

5.195 x 10-6

18247

17896

84872

85223

2.1E+12

1.9 x 1014

1300

2.881 x 10-5

16464

18247

86655

84872

-4.2E+11

2.1 x 1014



Hubungan antara NSh dan NRe

NSh = a (NRe) b Log NSh = log a + b log (NRe) y = c + mx Skala

Log NRe (x)

Log NSh (y)

900

3.124

13.919

1000

3.282

14.415

1100

3.342

14.322

1200

3.348

14.279

1300

3.353

14.322

Dengan metode Least Square didapat, y = 1.6875 x + 8.6996 m = b = 1.6875 c = log a = 8.6996 , maka a = 5.007 x 108 Didapat NSh = 5.007 x 108 (NRe) 1.6875 

Perhitungan % kesalahan | (𝑁𝑆ℎ)ℎ−(𝑁𝑆ℎ)𝑝 | (𝑁𝑆ℎ)ℎ

∑

% kesalahan =

𝑛 𝑑𝑎𝑡𝑎

x 100 %

Skala

(NSh)h

(NSh)p

% kesalahan

900

8.3 x 1013

9.36 x 1013

12

1000

2.6 x 1014

1.73 x 1014

33

1100

2.1 x 1014

2.18 x 1014

3.8

1200

1.9 x 1014

2.23 x 1014

17

1300

2.1 x 1014

2.27 x 1014

8

Rata-rata kesalahan

14.76 %

LEMBAR ASISTENSI

DIPERIKSA NO.

TANGGAL

1

01-12-2014

KETERANGAN INTISARI SUMMARY BAB III BAB V

2

04-12-2014

LEMBAR PENGESAHAN BAB 1 BAB 2 BAB 3 BAB 4 DAFTAR PUSTAKA LEMBAR PERHITUNGAN

Dffwegf

COVER LEMBAR PENGESAHAN

3

04-12-2014

BAB 2 BAB 3 DAFTAR PUSTAKA LAPORAN SEMENTARA

4

05-12-2014

LAPORAN SEMENTARA

TANDA TANGAN