Makalah Perpindahan Kalor - Radiasi Dan Evaporator (Isi) - Pemicu 3

7/25/2019 Makalah Perpindahan Kalor - Radiasi Dan Evaporator (Isi) - Pemicu 3

http://slidepdf.com/reader/full/makalah-perpindahan-kalor-radiasi-dan-evaporator-isi-pemicu-3 1/34

BAB I

TEORI DASAR

1.1.Pertukaran Kalor Radiasi antara Benda Tak Hitam

Radiasi pada benda hitam cukup mudah karena semua radiasi akan diserap langsung. Bila

benda tersebut tidak hitam, masalah radiasi akan menjadi lebih sulit dihitung, karena tidak semua

energi dari radiasi yang jatuh di dipermukaan tidak semuanya diserap, tetapi sebagian

dipantulkan, dapat dipantulkan ke permukaan benda lain aaupun keluar sistem.

Terdapat dua definisi baru ada radiasi antar benda arak hitam, yaitu :

G = iradiasi (irradiation)

= total radiasi yang menimpa suatu permukaan per satuan waktu per satuan luas

J = radiositas (radiocity)

= total radiasi yang meninggalkan suatu permukaan per satuan waktu per satuan luas

Pada penyelesaian soal-soal kita sering mengansumsikan bahwa :

Permukaan yang dianalisis bersifat baur

Suhu permukaan yang dianalisis seragam

Sifat-sifat refleksi dan emisinya konstan pada seluruh permukaan

Iradiasi dan radiositas seragam pada setiap permukaan

Radiositas dinyatakan dalam rumus :

Dimana ϵ merupakan emisivitas dan E b adalah daya emisi benda hitam. Transmisivitas

dapat kita katakana bernilai nol, dan refleksivitas dapat dinyatakan :

Sehingga,

Energi netto yang meninggalkan permukan adalah selisih radiositas dengan iradiasi, yaitu

:



Rumus diatas dimodifikasi menjadi :

1.2. Faktor Bentuk Radiasi

Beberapa persamaan yang menghubungkan berbagai faktor bentuk dapat diperoleh dengan

memperhatikan gambar dibawah ini.

Gambar 1. Sketsa yang Menunjukkan Beberapa Hubungan Antara Faktor Bentuk

(Sumber: J. P. Holman, 2010)

Faktor bentuk radiasi dari bidang A3 ke A1,2 adalah:

(6)

(7)

Dengan menggunakan hubungan resprositas:

(8)

atau dengan kata lain

di mana radiasi total yang mencapai permukaan 3 adalah jumlah radiasi dari permukaan 1

dan 2. Misalnya, ingin diketahui nilai faktor bentuk F1-3 untuk permukaan pada gambar 2a



dengan menggunakan faktor bentuk yang diketahui, untuk siku empat tegak lurus dengan

sisi bersama. Persamaan yang diperoleh adalah:

(9)

Selanjutnya, apabila kondisi yang terjadi sesuai dengan gambar 2b, perlu diketahui nilai

F1-4 yang menggunakan faktor bentuk yang sudah diketahui untuk dua siku empat tegak

lurus dengan sisi bersama.

Gambar 2 a dan b. Beberapa Hubungan Antar Factor Bentuk


Persamaan yang diperoleh adalah:

(10)

di mana: dan

sehingga: (11)

Sebuah persamaan yang tak kalah pentingnya adalah sebagai berikut. (12)

Hamilton dan Morgan menyajikan persamaan umum untuk siku empat sejajar atau tegak

lurus satu sama lain dengan menggunakan faktor bentuk Dua situasi yang menarik perhatian

ditunjukkan pada gambar 3 dan 4.

Gambar 3. Segi Empat Tegak Lurus




Gambar 4. Segi Empat Sejajar


Untuk siku empat tegak lurus dalam gambar 3 dapat dibuktikan bahwa hubungan

resprositas di bawah ini berlaku: (13)

Dengan menggunakan hubungan resprositas, faktor bentuk radiasi F13 dapat dinyatakan

dengan:

(6.25)

di mana suku-suku K didefinisikan sebagai:

(14)

Generalisasi susunan siku empat sejajar terlihat pada gambar 16. Hubungan resprositas

yang berlaku adalah:

(15)

Dengan memanfaatkan hubungan tersebut, diperoleh faktor bentuk F19 sebagai berikut.



1.3.Radiasi Gas

Radiasi yang terjadi antara permukaan suatu benda dengan gas jauh lebih kompleks dibanding

pada zat padat. Absorpsi suatu radiasi di lapisan gas dapat di ilustrasikan sebagai berikut.

(Sumber : Heat Transfer, 10th Edition, Holman, 2010)

Gambar 5 menunjukkan suatu sinar monokromatis radiasi dengan intensitas yang ditembakkan

ke lapisan gas dengan ketebalan dx. Penurunan intensitas akibat peristiwa absobrsi sebanding

dengan ketebalan lapisan gas dan intensitas radiasi pada titik tersebut.

….(16)

Persamaan 16 dikenal sebagai Hukum Beer, dan transmisivitas monokromatisnya dirumuskan

…………..(17)

Untuk gas yang tidak memantulkan berlaku persamaan :

…………(18)

Persamaan 16 dan 18 mendeskripsikan variasi intensitas dan absorptivitas untuk lapisan gas

dengan ketebalan x. Emisivitas gas CO2 dan uap air dapat dilihat pada Gambar 12-36 buku Heat

Transfer 2nd Edition Cengel pada hal. 643. Selain itu, emisivitas gas juga dipengaruhi oleh

tekanan. Apabila gas tidak berada pada tekanan 1 atm maka diperlukan faktor koreksi untuk

menghitung nilai emisivitasnya. Faktor koreksi ini dapat dilihat melalui Gambar 12-37 pada

Gambar 5. Absor si Pada Suatu La isan Gas



buku Heat Transfer 2nd Edition Cengel pada hal. 643. Nilai emisivitas gas juga bergantung pada

panjang sinar rata-rata ( Le), yang dirumuskan sebagai :

.......(19)

dengan V volume gas dan A luas permukaan total benda yang mengadakan kontak dengan gas.

Radiasi pada Gas di Benda Abu-Abu Tertutup

Laju perpindahan panas total secara radiasi pada benda abu-abu lebih kompleks dari benda

hitam, namun Hottel telah menemukan korelasinya dengan laju radiasi di benda hitam tertutup

yaitu:

.........(20)

1.4.Evaporasi dan Unit Operasi Evaporator

Evaporasi merupakan peristiwa penguapan pelarut dari campuran yang terdiri dari zat

terlarut dan pelarut yang mudah menguap. Pada contoh proses evaporasi, kebanyakan pelarutnya

adalah air. Tujuan dari evaporasi adalah memekatkan konsentrasi larutan yang menjadi zat

terlarut sehingga didapatkan larutan degan konsentrasi zat terlarut yang lebih tinggi.

Pemisahan evaporasi berbeda dengan distilasi. Pada evaporasi, uap yang dihasilkan

biasanya komponen tunggal, dan jika uap yang dihasilkan masih berupa campuran, tidak ada

usaha untuk memisahkannya menjadi fraksi-fraksi. Dalam distilasi, uap yang dihasilkan masih

memiliki komponen yang lebih dari satu, dan terkadang masih dipisahkan lagi menjadi fraksi-

fraksi.

Evaporasi dengan pengeringan juga memiliki perbedaan-perbedaan, yaitu:

Produk akhir yang diinginkan (Evaporasi: zat cair berkonsentrasi tinggi; pengeringan: zat

padat)

Kuantitas zat yang diuapkan (Evaporasi : relatif banyak; Pengeringan : relatif sedikit)

Media untyuk memanaskan (Evaporasi : Alat pemanas; Pengeringa: Gas)



Penyebab air/pelarut berpindah/keluar (Evaporasi: Perbedaan titik didih; Pengeringan:

Perpindahan massa akibat perbedaan konsentrasi dan/atau tekanan)

Unit operasi yang digunakan untuk proses evaporasi disebut evaporator. Evaporator

umumnya memiliki empat komponen dasar, yaitu tabung penguapan, alat penukar panas,

kondensor, dan sistem untuk menjaga tekanan vakum. Evaporator banyak digunakan pada

industri kimia dan mineral, karena unit operasi tersebut merupakan unit yang vital.

Pada industri kimia, contohnya adalah pada industri penghasil garam. Garam diperoleh

dari air asin jenuh yang diolah di dalam evaporator. Evaporator mengubah air sebagai pelarut

menjadi uap, dan menyisakan residu mineral dalam evaporator. Contoh lainnya adalah pada

produksi air mnum. Pada industri ini, sebaliknya, uap air yang menjadi produk yang diinginkan

dari evaporator, dimana uap air yang sudah murni karena dipisahkan dari zat kontaminan di

evaporator dikondensasi menjadi air.

Evaporator memiliki beberapa tipe, yaitu :

1. Evaporator vertikal tabung panjang

a. Aliran ke atas (film-panjat)

b. Aliran ke bawah (film-jatuh)

c. Sirkulasi Paksa

2. Evaporator film-aduk

Design evaporator sangat bergantung kepada karakteristik dari zat-zat yang dijadikan

feed , yaitu konsentrasi, pembentukan busa ( foaming ), kepekaan bahan feed terhadap suhu, kerak,

dan banyak lagi karakteristik penting lainnya. Selain itu, karakteristik zat-zat yang dijadikan feed

juga mempengaruhi pemiihan bahan konstruksi yang akan digunakan evaporator.

1.5. Neraca Massa dan Panas Evaporator Efek Tunggal



Gambar 6. Evaorator Efek Tunggal

(Sumber : Anonim)

Asumsi : Steam yang digunakan adalah steam jenuh

Neraca entalpi sekitar evaporator yaitu

Dimana

Sehingga persamaan menjadi :

Perpindahan panas dari steam ke permukaan pemanas :



BAB II

JAWABAN SOAL PEMICU

2.1.Soal 1

Terdapat 2 buah bidang abu-abu yang keadaannya:

Bidang I : T1 = 1540oF, ϵ1 = 0,8

Bidang II : T2 = 540oF, ϵ2 = 0,5

Hitunglah jumlah kalor yang dipindahkan antara bidang I dan bidang II (q = BTU/J.ft2) jika :

a. Kedua bidang sangat luas, tetapi letaknya berdekatan satu dengan yang lain.

b. Kedua bidang masing-masing berukuran 1 ft x 20 ft dan berjarak 5 ft satu sama lain.

c. Bidang I berukuran 3 ft x 9 ft, bidang II berukuran 6 ft x 9 ft, yang letaknya saling tegak

lurus satu sama lain, berimpit pada sisi 9 ft.

Jawab :

Dik : Bidang I : T1 = 1540oF / 2000

oR

ϵ1 = 0,8.

Bidang II : T2 = 540oF / 1000

oR

ϵ2 = 0,5

Dit. : q (BTU/J.ft2)

a. Kalor yang dipindahkan jika kedua bidang sangat luas, dan letaknya berdekatan .

Digunakan rumus 8-40 pada buku J.P Holman, yaitu :

Rumus q net untuk luas tak hingga menjadi :

T2 = 540oF -> 1000

oR

ϵ2 = 0,5

T1 = 1540oF -> 2000

oR

ϵ1 = 0,8



b. Kalor yang dipindahkan jika kedua bidang masing-masing berukuran 1 ft x 20 ft dan

berjarak 5 ft.

Soal b. memiliki cara yang mirip dengan soal sebelumnya, hanya saja terdapat nilai F 12 karena

luas benda telah diketahui. Nilai F12 dapat dicari dengan grafik 8-12 pada buku J.P Holman,

dimana kita harus mengetahui nilai X/D dan Y/D dari benda untuk mencari F12 pada grafik 8-12.

Nilai X=panjang benda, Y=lebar benda, dan D=jarak antar benda

Mencari nilai X/D dan Y/D pada benda

Mencari nilai F12 melalui grafik 8-12.



Gambar 7. Grafik untuk mencari F12 pada bidang datar abu-abu.

(Sumber: Holman, J.P. . 2010. Heat Transfer, 10th Edition. New York: McGraw-Hill

Companies, Inc.)

Karena tidak ada garis Y/D = 4 pada grafik diatas, maka dilakukan interpolasi dari nilai F12 garis

Y/D = 5 dan garis Y/D = 3.

- F12 garis Y/D = 5 = 0.09

- F12 garis Y/D = 3 = 0.08

Interpolasi untuk mendapatkan F12 garis Y/D = 4

Meghitung q (BTU/J.ft2) dengan A1 = A2 (Luas bidang 1 dan 2 sama)



c. Kalor yag dipindahkan jika bidang I berukuran 3 ft x 9 ft, bidang II berukuran 6 ft x 9 ft,

letaknya saling tegak lurus, dan berimpit pada sisi 9 ft.

Asumsi : Tidak ada pengaruh lingkungan pada sistem

- A1 = 3ft x 9ft = 27 ft

2

- A2 = 6 ft x 9ft = 54 ft2

Diketahui jika F11 dan F22 = 0, lalu kita mendapatkan :

- F12 + F13 = 0, F13=0, F12 = 1

Pada kondisi tegak lurus ini digunakan rumus :

am

Nilai q (BTU/Jam.ft2) q pada setiap benda akan berbeda, karena kedua benda (I dan II) memiliki

perbedaan luas, jadi dilakukan perhitungan lagi untuk q (BTU/Jam.ft2) setiap benda :

- Pada benda I

T2 = 540oF -> 1000

oR

ϵ2 = 0,5

T1 = 1540oF -> 2000

oR

ϵ1 = 0,8



- Pada benda II

2.2. Soal 2

Hitunglah perpindahan panas radiasi yang terjadi antara gas hasil pembakaran dengan dinding

dapur jika diketahui:

Gas hasil pembakaran terdiri atas 10% CO2, 20% H2O, dan sisanya inert (%mol).

Tekanan total = 1 atm

Suhu gas = 2040

oF, suhu dinding dalam dapur = 540

oF

Dinding dapur merupakan benda abu-abu dengan ε = 0,9

Dapur berbentuk kubus dengan sisi 5 ft

Faktor dimensi karakteristik untuk radiasi ke seluruh permukaan kubus dianggap = 0,6 L

Jawaban

Pada soal ini, diketahui data-data berikut:

Sistem perpindahan kalor terjadi dari dalam suatu dapur berbentuk kubus

Fraksi mol CO2 = y CO2 = 0,1

Fraksi mol H2O = y H2O = 0,2

P total = 1 atm

Tg = 2040oF = 1115,56

oC = 1388,56 K

Ts = 540oF = 282,22

oC = 555,22K

ε dinding dapur = ε dinding kubus = 0,9

L kubus = 5 ft

Faktor dimensi kubus = 0,6 L

Ditanya: Perpindahan panas yang terjadi antara gas hasil pembakaran dengan dinding dapur?

(Qnet) ?



Jawaban:

Pertama-tama marilah kita gambar sistem pada soal nomor 2 ini

Gambar 8. Sistem Pada Nomor 2 (Dinding Dapur Berbentuk Kubus Dengan Sumber Radiasi Berasal Dari Dalam Dinding Dapur)

(Sumber: Dokumentasi Pribadi)

Sebelum kita melakukan perhitungan untuk menjawab soal ini, asumsi yang dipakai adalah:

Semua gas pada campuran dalam sistem adalah gas ideal

Hanya CO2 dan H2O yang dianggap berada pada sistem, karena gas lain yang berada

pada campuran inert (tidak reaktif)

Emisivitas yang ditentukan adalah emisivitas rata-rata radiasi yang diemisikan ke seluruh

permukaan dinding dapur

Mencari emisivitas gas

Langkah selanjutnya adalah dengan mencari emisivitas gas sebagai berikut

P parsial CO2 = PCO2 = 0,1 x 1 atm = 0,1 atm

P parsial H2O = PH2O = 0,2 x 1 atm = 0,2 atm

L = 0,6 Lkubus = 0,6 x 5 ft = 3 ft

Pc. L = 0,1 atm x 3 ft = 0,3 atm.ft

Pw.L = 0,2 atm x 3 ft = 0.6 atm.ft

Selanjutnya, plot nilai Tg vs Pc.L dan Tg vs Pw.L ke dalam grafik 12-36 halaman 634 dari buku

Heat Transfer; A Practical Approach karangan Cengel.



(Sumber: Cengel, Heat Transfer, 2002)

Dari grafik, didapatkan nilai , εc ≈ 0,09 dan εw ≈ 0.15

Kemudian, mencari Δε dengan memplot (Pc.L + Pw.L) vs (Pw/(Pc+Pw)) pada grafik 12-38 dari

buku Heat Transfer; A Practical Approach karangan Cengel.

Pc.L + Pw.L = 0,3 atm.ft + 0,6 atm.ft = 0.9 atm.ft

Grafik 2. Faktor koreksi emisivitas (Δε) untuk digunakan pada εw + εc – Δε saat uap CO2 dan H2O muncul bersamaan dalam

satu campuran gas

(Sumber: Cengel, 2002)

Grafik 1. Emisivitas gas CO2 dan H2O di dalam sebuah campuran dengan gas-gas lain pada P total = 1 atm



Dida pat, Δε = 0,037 dengan menggunakan grafik yang diperuntukkan untuk T = 1200 K and

above karena Tg = 1388,56 K.

Maka, εgas = εw + εc – Δε = 0,09 + 0,15 – 0,037 = 0,203

Menghitung Absorptivitas

Langkah selanjutnya adalah dengan mencari nilai absorptivitas, sebagai berikut.

Plot vs Ts dan

vs Ts pada grafik 12-36 dari buku Heat Transfer; A

Practical Approach karangan Cengel.

Gambar 9. Emisivitas Gas CO2 dan H2O di Dalam Sebuah Campuran dengan Gas-Gas Lain Pada P Total = 1 atm


Dari grafik, didapat, εc ≈ 0,075 dan εw ≈ 0.24



Kemudian, kita menghitung αc dan αw

Kemudian, mencari Δε dengan memplot (Pc.L + Pw.L) vs (Pw/(Pc+Pw)) pada grafik 12-38 dari

buku Heat Transfer; A Practical Approach karangan Cengel.

Pc.L + Pw.L = 0,3 atm.ft + 0,6 atm.ft = 0.9 atm.ft

Grafik 3. Faktor Koreksi Emisivitas (Δε) untuk digunakan Pada εw + εc – Δε saat Uap CO2 dan H2O Muncul Bersamaan dalam

Satu Campuran Gas


Dikarenakan nilai Ts = 555,22 K dan hanya ada grafik untuk T = 400 K dan T = 800 K, maka

kita memplot (Pc.L + Pw.L) vs

di grafik untuk T = 400 K dan T = 800 K dan mengambil

rata-ratanya.

Didapat dari grafik, α pada 400 K = 0,011 dan α pada 800 K = 0,017 sehingga:



Maka, αgas = αw + αc – Δα = 0,136 + 0,362 – 0,037 = 0,461

Luas permukaan dari dinding dapur berbentuk kubus, sehingga luas permukaannya adalah

Sehingga, perpindahan kalor secara radiasi yang terjadi pada permukaan abu-abu adalah:

Jadi, perpindahan panas radiasi yang terjadi antara gas hasil pembakaran dengan dinding dapur

adalah sebesar 538.904,48 W atau sebesar 0,39 MW

2.3.Soal 3

Gas hasil pembakaran terdiri atas 10,3%(mol) H2O, 11,4% CO2 dan sisanya inert, pada tekanan 1

atm. Gas tersebut mengalir melalui pipa yang berdiameter 6 in dan mengalami perpindahan kalor

secara radiasi dengan udara luar. Suhu gas masuk 2000oF dengan suhu permukaan ujung pipa

800oF, sedangkan suhu gas keluar 1000

oF dengan suhu permukaan ujung pipa 600

oF. Jika massa

gas x Cp gas (=m.Cp) gas dianggap tetap sebesar 90BTU/J.oF, hitunglah panjang pipa yang

dibutuhkan agar perpindahan kalor terjadi sempurna.

Diketahui

Mol H2O = 10,3 %

Mol CO2 = 11,4%

Ptotal = 1 atm D = 6 in

Tg1 = 2000

oF

Tg2 = 1000

oF

Tw1 = 800

oF

Tw2 = 600oF

(m x cp)gas = 90 BTU/ JoF



Ditanya :

Panjang pipa (L) agar perpindahan panas sempurna.

Asumsi :

-

Perpindahan kalor hanya terjadi secara radiasi

- Radiasi terhadap gas inert diabaikan

- Pipa adalah benda hitam

Tg2 = 10000F

Inlet outlet

Tw2 = 6000F

Gambar 10. Ilustrasi Sistem Pada Soal

(Sumber : Penulis)

Jawab :

Untuk perhitungan ini digunakan persamaan sebagai berikut

Untuk bagian Inlet:

= (5,669 x 10-8

) W/m2.0K

4 (1366,3)

4 K

4 = 197,556 kW/m

2

= (5,669 x 10-8

) W/m2.0K

4 (699,67)

4 K

4 = 13,586 kW/m

2

Dari daftar 8-2, panjang berkas ekuivalen adalah Le = (0,6) (0,1524) m = 0,09144 m = 0,3 ft

Tekanan parsial masing-masing komponen (masing-masing memiliki fraksi mol yang sama) :

= (0,114) (1 atm ) = 0,114 atm

= (0,103) (1atm) = 0,103 atm

034 atm-ft

Kemudian kita analisis untuk tiap bagian. Yang pertama adalah untuk bagian inlet:



Dari gambar 8-34, J.P. Holman halaman 382, diperoleh nilai

c pada 1366,3 K yaitu 0,04,

sedangkan dari gambar 8-35, J.P. Holman halaman 383, diperoleh nilai pada 1366,3 K yakni

0,014 dengan persamaan

g

Untuk mencari nilai ∆ε, diperlukan beberapa nilai untuk di jadikan sebagai acuan pada grafik

faktor koreksi gas campuran

Berdasarkan kedua nilai di atas dan Tg1 yang dijadikan acuan pada grafik faktor koreksi gas

campuran, didapatkan nilai ∆ε = 0,001



Maka nilai εg adalah

g

Langkah selanjutnya mencari yang dirumuskan secara matematis menjadi :

Keterangan :

dan

adalah faktor koreksi untuk p> 1 atm, karena p=1 atm maka faktor

koreksinya adalah 1

dan diperoleh dengan mengevaluasi nilai PcLe dan PwLe pada suhu Tw

= 0,045

Sehingga,

Untuk bagian Outlet

= (5,669 x 10-8

) W/m2.0K

4 (810,78)

4 K

4 = 24,497 kW/m

2

= (5,669 x 10

-8) W/m

2.0K

4 (588,56)

4 K

4 = 6,803 kW/m

2

= (0,114) (1 atm ) = 0,114 atm



= (0,103) (1atm) = 0,103 atm

034 atm-ft

Kemudian kita analisis untuk tiap bagian pada outlet:

Dari gambar 8-34, J.P. Holman halaman 382, diperoleh nilai c pada 1366,3 K yaitu 0,05.

Dan dari gambar 8-35, J.P. Holman halaman 383, diperoleh nilai pada 1366,3 K yakni

0,045

dengan persamaan : g

Untuk mencari nilai ∆ε, diperlukan beberapa nilai untuk dijadikan sebagai acuan pada grafik

faktor koreksi gas campuran

Berdasarkan kedua nilai di atas dan Tg1 yang dijadikan acuan pada grafik faktor koreksi gas

campuran

Maka nilai εg outlet adalah = 0,025

g

Langkah selanjutnya mencari yang dirumuskan secara matematis menjadi :



Keterangan :

dan

adalah faktor koreksi untuk p> 1 atm, karena p=1 atm maka faktor

koreksinya adalah 1

dan diperoleh dengan mengevaluasi nilai PcLe dan PwLe pada suhu Tw

= 0,025

Sehingga,

Kemudian kita bisa mencari net fluks radiasi nya yaitu:

Lalu, dari nilai ini, kita mencari panjang dari heat Loss system, yaitu:

Kemudian dari luas selimut tabung ini, kita dapat mencari panjang pipa



2.4. Soal 4

Suatu evaporator digunakan untuk mengkonsentrasikan 4536 kg/jam (10000 lb/jam) larutan

NaOH 20% di dalam air, yang masuk pada suhu 60oC (140

oF) untuk menghasilkan produk yang

mengandung 50% zat padat. Tekanan steam jenuh yang digunakan adalah 172,4 KPa (25 psia)

dan tekanan di bagian uap evaporator adalah 11,7 KPa (1,7 psia). Koefisien transfer panas

menyeluruh adalah 1560 W/m2K (275 BTU/J.ft

2oF). Hitung kebutuhan steam yang digunakan,

steam economy, dan luas permukaan pemanasan dalam m2

Jawab

Diketahui

Ditanyakan

a. Kebutuhan steam

b. Steam ekonomi

c. Luas permukaan pemanasan (m2)

Jawab

Umpan :

Cairan pekat :



Kuantitas yang menguap : -

a. Konsumsi uap

- Titik didih air pada 11,7 KPa = 120oF

- Titik didih larutan = 190oF

Lihat pada suhu didih air 120oF dan fraksi 50%

Grafik 4. Kaidah Duhring untuk sistem NaOH dan ai

(Sumber: McCabe, Unit Operation of Chemical Engineering, 1993)

Sehingga didapatkan

Kemudian dicari nilai entalpi dengan melihat nya pada grafik berikut



- Hf saat fraksi 20% dan suhu 140oF

- H saat fraksi 50% dan suhu 190oF

- Hc saat suhu 190oF, 1,7 lbf/in

2 , dan pada fase superheated

Lihat tabel superheated Selanjutnya mencari nilai kalor laten kondensasi uap pemanas (λ s) saat tekanan 25 psia pada

lampiran berikut

Tabel 1. Nilai Kalor Laten

(Sumber: McCabe, Unit Operation of Chemical Engineering, 1993)

Sehingga

Maka



Jadi, steam yan dikonsumsi ialah sebesar

b.

Steam Economy

c. Luas permukaan pemanas (A)

2.5. Soal 5

Evaporator efek tunggal mengkonsentrasikan 9072 kg/j dari 1 % larutan garam menjadi 1.5 %

berat. Umpan masuk dengan suhu 311°K(37.8°C).Ruang uap dari evaporator bertekanan 101.325

KPa(1 atm abs) dan uap jenuh disuplai pada tekanan 143.3 KPa. Koefisien transfer panas

menyeluruh U = 1704 W/m2K. Hitung jumlah uap dari produk liquid dan luas transfer panas

yang dibutuhkan. Asumsikan larutan encer memiliki titik didih sama dengan air

Diketahui :

T feed = 311°K(37.8°C).= 100°F

P uap jenuh =143.3 KPa

P ruang uap =101.325 KPa (1 atm abs)

U = 1704 W/m2K (1704 j/s) = 6134.4 Kj/hr

Asumsi : larutan encer memiliki titik didih sama dengan air



Ditanya :

a) Jumlah uap dari produk liquid ?

b) Luas transfer panas yang dibutuhkan ?

Penyelesaian :

a) Jumlah Uap dari produk liquid

Mencari titik didih

- Boiling point of water @ 101.325 KPa = 100°C

- Boiling point of solution = 100.1°C

Gambar 11. Duhring Plot untuk Titik Didih Larutan Sodium Klorida

(Sumber: http://www.nzifst.org.nz/unitoperations/evaporation4.htm )

http://www.nzifst.org.nz/unitoperations/evaporation4.htm






- Boiling point evaluation = 100.1°C- 100°C = 0.1 °C

Mencari nilai entalpi

-

Entalpi yang keluar dari proses

Uap superheated water @ 100.1°C;101.325 KPa = 2676.21 Kj/Kg

- Entalpi yang masuk proses

Feed ,1%,100°F = 158.386 Kj/kg

Thick liquor ,1.5 %,solids, 100.1°C = 419.627 Kj/Kg

(data entalpi didapat menggunakan steam tables atau pada Appendix 7)

Keterangan:

= Daerah data entalpi untuk Feed

= Daerah interpolasi untuk data entalpi Thick Liquor

=2230.2 kj/kg

(didapat dari Appendix 7 buku McCabe W.L., Smith C.J., Harriod, “Unit Operation of

Chemical Engineering” 3rd edition, McGra-Hill, Kogakusa Ltd., Tokyo, 1976.)



Neraca perpindahan kalor dan konsumsi uap

b)

Luas Area Pemanas



BAB III

PENUTUP

3.1. Kesimpulan

- Radiasi Termal merupakan radiasi elektromagnetik yang dipancarkan benda karena

perbedaannya dengan temperatur lingkungan.

- Radasi termal memiliki sifat-sifat spesifik, karakteristik dan sifat-sifat yang digunakan untuk

menggambarkan material yang mengalami radiasi.

- Bila energi radiasi mengenai permukaan suatu bahan, maka sebagian dari radiasi itu akan

dipantulkan (refleksi), sebagian diserap (absorbsi), dan sebagian lagi diteruskan (transmisi).

- Radiasi pada benda hitam cukup mudah karena semua radiasi akan diserap langsung. Bila

benda tersebut tidak hitam, masalah radiasi akan menjadi lebih sulit dihitung, karena tidak

semua energi dari radiasi yang jatuh di dipermukaan tidak semuanya diserap, tetapi sebagian

dipantulkan, dapat dipantulkan ke permukaan benda lain ataupun keluar sistem.

- Korelasi antara laju perpindahan panas secara radiasi pada gas di benda abu-abu tertutup

dengan benda hitam adalah

- Faktor-faktor yang mempengaruhi koefisien perpindahan kalor radiasi : Suhu masing-masing

benda (T1 dan T2), Luas permukaan unsur (A) dan emisivitas (.

- Faktor bentuk radiasi didefinisikan sebagai bentuk dari suatu permukaan benda yang

mempengaruhi proses perpindahan kalor radiasi dari suatu permukaan ke permukaan lainnya

yang memiliki gradient suhu.

- Faktor bentuk radiasi menyatakan hubungan geometri yang mengatur proses perpindahan

energi antara 2 permukaan benda dengan temperatur yang berbeda. Faktor bentuk radiasi

merupakan fraksi energi yang meninggalkan permukaan suatu benda yang mencapai

permukaan benda lainnya, dan dipergunakan untuk menentukan jumlah energi yang

meninggalkan permukaan yang satu ke permukaan yang lain.



- Evaporasi merupakan peristiwa penguapan pelarut dari campuran yang terdiri dari zat terlarut

dan pelarut yang mudah menguap. Pada contoh proses evaporasi, kebanyakan pelarutnya

adalah air.

- Tujuan dari evaporasi adalah memekatkan konsentrasi larutan yang menjadi zat terlarut

sehingga didapatkan larutan degan konsentrasi zat terlarut yang lebih tinggi

- Unit operasi yang digunakan untuk proses evaporasi disebut evaporator. Empat komponen

dasar evaporator, yaitu tabung penguapan, alat penukar panas, kondensor, dan sistem untuk

menjaga tekanan vakum.

- Evaporator berfungsi untuk mengubah sebagian atau keseluruhan pelarut dari suatu larutan

dari betuk cair menjadi uap. Banyak digunakan pada industri kimia dan mineral, karena

merupakan unit yang vital.

- Bila kita hanya menggunakan satu evaporator saja, uap dari zat cair yang mendidih

dikondensasikan dan dibuang. Metode ini disebut dengan evaporasi efek-tunggal ( single-

effect evaporation). Walaupun metode ini sederhana, namun proses ini tidak efektif Dalam

penggunaan uap



DAFTAR PUSTAKA

Daftar Pustaka

Anonim. 2010. Heat Transfer, 6th Edition. Singapore: McGraw-Hill Book Company.

Cengel, Y. 2006. Heat Transfer, 2nd Edition. USA: Mc Graw-Hill. Holman, J.P. 1986.

Holman, J.P. . 2010. Heat Transfer, 10th

Edition. New York: McGraw-Hill Companies, Inc.

Holman, J.P. 1986. Perpindahan Kalor, edisi 6. Jakarta : Erlangga

McCabe, Warren L, Smith, Julian C., Hariott, Peter. 1993. Unit Operations of Chemical

Engineering, 5th

Edition. New York: McGraw-Hill Companies, Inc.

McCabe Warren L., Smith C.J., Harriot, Peter. Unit Operation of Chemical Engineering 3rd

edition, McGraw-Hill, Kogakusa Ltd.,



Documents

Makalah Perpindahan Kalor - Radiasi Dan Evaporator (Isi) - Pemicu 3