Selasa, 27 November 2012

Pemanasan Udara Lembab



IV.3. Teori dasar

A.    Pengertian pemanasan udara lembab
Pemanasan udara lembab merupakan salah satu jenis percobaan yang di praktekkan di laboratorium mesin pendingin dan pemanas. Untuk mengetahui nilai efektifitas pemanasan heater terhadap udara lembab dengan menggunakan ketel untuk meghasilkan uap air.
Kelembaban adalah persentase kandungan uap air dalam udara. Semua uap air dalam udara itu berasal dari penguapan sedangkan penguapan itu sendiri adalah perubahan pase cair menjadi fase uap air yang ringan dan akan naik ke atmosfir . dalam atmosfir senantiasa terdapat uap air dan kadar uap air ini selalu berubah-ubah tergantung pada temperatur  udara setempat (Anonim, 2012).
Meskipun uap air hanya meruoakan sebagian kecil saja dari semua atmosfir kira-kira 2% dari masa seluruhnya tetapi merupakan komponen udara yang penting dari segi cuaca dan iklim. Data klimatologi untuk kelembaban udara yang umum dilaporkan adalah kelembaban relative (RH).(Anonim, 2012)
Kelembaban itu di tentukan oleh jumlah uap air yang terkandung didalam udara. Total uap air per satuan volume
uap air adalah suatu gas, yang tidak dapat di lihat, yang merupakan salah satu bagian dari atmosfer. Kabut dan awan adalah titik air atau butir-butir air  yang melayang-layang di udara. Kabut melayang laying dekat permukaan tanah, kalau awan melayang- layang di angkasa. Banyaknya uap air yang dikandung oleh hawa tergantung pada temperatur. Makin tinggi temperatur makin banyak uap air yang dapat dikandung oleh hawa (Hardjodinomo, 1975).
Seperti gas-gas lainnya, uap air juga mempunyai tekanan, yang makin lebih besar apabila temperatur naik. Tekanan tersebut dinamakan tekanan uap. Tekanan uap adalah tekanan yang diberikan atau ditimbulkan oleh uap air sebagai bagian dari udara pada temperatur yang tertentu. Tekanan uap itu adalah juga bagian dari tekanan udara semuanya dapat diukur dengan milimeter air raksa atau milibar. Jika udara pada suatu temperatur sudah kenyang (jenuh) maka tekanan uap pada temperatur tersebut mencapai maksimum. Angka maksimum tersebut disebut tekanan uap maksimum (Handoko, 1986).
Proses perubahan air menjadi uap air di sebut pengupan (vaporisasi atau evaporasi). Molekul-molekul air yang mempunyai energi kinetik yang cukup untuk mengatasi gaya-gaya tarik yang cenderung untuk menahannya dalam badan air diproyeksikkan melalui permukaan air. Oleh karena energi kinetik bertambah dan tegangan permukaan berkurang ketika temperatur naik, maka laju penguapan naik menurut temperatur. Hampir semua uap di atmosfer adalah hasil penguapan dari permukaan air (Linsley, 1989).
Beberapa prinsip yang umum digunkan dalam pengukuran kelembaban udara yaitu (1) metode pertambahan panjang dan (2) berat,pada benda-benda higroskopis, serta (3) metode termodinamika. Alat pengukur kelembaban udara secara umum disebut hygrometer sedangkan yang menggunakan metode termodinamika disebut psikrometer (Gunarsih, 1990).
B.     Kelembaban udara
Kelembapan adalah konsentrasi uap air di udara. Angka konsentasi ini dapat diekspresikan dalam kelembapan absolut, kelembapan spesifik atau kelembapan relatif. Alat untuk mengukur kelembapan disebut hygrometer (Himmelblau, 1985).
Higrometer adalah sejenis alat untuk mengukur tahap kelembapan pada suatu tempat. Biasanya ia ditempatkan di dalam bekas (container) penyimpanan barang yang memerlukan tahap kelembapan yang terjaga seperti dry box penyimpanan kamera. Keadaan ini akan mencegah pertumbuhan jamur yang menjadi musuh pada peralatan tersebut.
Kapasitas udara untuk menampung uap air tersebut (pada keadaan jenuh) ditentukan oleh suhu udara. Sedangkan defisit tekanan uap air adalah selisih antara tekanan uap jenuh dan tekanan uap aktual
Kelembaban udara menggambarkan kandungan uap air di udara yang dapat dinyatakan sebagai kelembaban mutlak, kelembaban nisbi (relatif) maupun defisit tekanan uap air. Pada umumnya organisme akan kehilangan lebih banyak air dalam atmosfir dengan kelembaban rendah dari pada dalam atmosfir dengan kelembaban tinggi. Oleh karena itu salah satu faktor abiotik yang sangat penting pada organisme darat adalah kelembaban nisbi.
Kelembaban udara dalam ruangan tertutup dapat diatur sesuai dengan keingunan. Pengaturan kelembaban udara ini didasarkankan atas prinsip kesetaraan potensi air antara udara dengan larutan atau dengan bahan padat tertentu. Jika ke dalam suatu ruangan tertutup dimasukkan larutan, maka air dalam larutan tersebut akan menguap sampai terjadi keseimbangan antara potensi air pada udara dengan potensi larutan. Demikian pula halnya jika hidrat Kristal garam-garam tertentu dimasukkan dalam ruang tertutup, maka air dari hidrat Kristal garam akan menguap sampai terjadi keseimbangan potensi air (Anonim,2012).
Kelembaban udara yang lebih tinggi pada udara dekat permukaan pada siang hari disebabkan karena penambahan uap air hasil evapotranspirasi dari permukaan. Proses ini berlangsung karena permukaan tanah menyerap radiasi matahari selama siang hari tersebut. Pada malam hari, akan berlangsung proses kondensasi atau pengembunan yang memanfaatkan uap air yang berasal dari udara. Oleh sebab itu, kandungan uap air di udara dekat permukaan tersebut akan berkurang (Anonim, 2012).
            Dalam kelembaban ini kita mengenal beberapa istilah yaitu kelembaban mutlak, kelembaban specifik dan kelembaban relatif.
Beberapa prinsip yang umum digunakan dalam pengukuran kelembaban udara yaitu metode pertambahan panjang dan berat pada benda-benda higroskopis, serta metode termodinamika. Alat pengukur kelembaban udara secara umum disebut hygrometer sedangkan yang menggunakan metode termodinamika disebut psikrometer (Kartasapoetra, 1990).
1.      Kelembaban relatif
Kelembaban relatif dari suatu campuran udara-air didefinisikan sebagai rasio dari tekanan parsial uap air dalam campuran terhadap tekanan uap jenuh air pada temperatur tersebut. Kelembaban relatif menggunakan satuan persen dan dihitung dengan cara berikut:
di mana:
adalah kelembaban relatif campuran;
adalah tekanan parsial uap air dalam campuran; dan
adalah tekanan uap jenuh air pada temperatur tersebut dalam campuran.
Kelembaban relatif adalah jumlah uap air di udara dibandingkan dengan apa udara dapat "tahan" pada suhu itu. Ketika udara tidak bisa "menahan" semua kelembaban, maka mengembun seperti embun.
Kelembaban udara dalam ruang tertutup dapat diatur sesuai dengan keinginan. Pengaturan kelembaban udara ini didasarkan atas prinsip kesetaraan potensi air antara udara dengan bahan padat tertentu. Jika suatu ruang tertutup dimasukkan larutan, maka air dari larutan larutan air tersebut akan menguap sampai terjadi keseimbangan antara potensi air dengan potensi air larutan. Potensi air udara ber hubungan dengan kelembaban relatif udara tersebut (Lakitan, 2002)
Manusia sangat sensitif terhadap kelembaban, sebagaimana kulit bergantung pada udara untuk menyingkirkan kelembaban. Proses berkeringat adalah upaya tubuh untuk tetap tenang dan menjaga suhu saat ini. Jika udara berada pada 100-persen kelembaban relatif, keringat tidak akan menguap ke udara. Akibatnya, kita merasa jauh lebih panas daripada suhu sebenarnya ketika kelembaban relatif tinggi. Jika kelembaban relatif rendah, kita bisa terasa lebih sejuk daripada suhu yang sebenarnya karena keringat menguap dengan mudah,
Jika udara berada pada 100-persen kelembaban relatif, keringat tidak akan menguap ke udara. Akibatnya, kita merasa jauh lebih panas daripada suhu sebenarnya ketika kelembaban relatif tinggi
2.      kelembaban nisbi
Kelembaban nisbi pada suatu tempat tergantung pada suhu yang menentukan kapasitas udara untuk menampung uap air serta kandungan uap air aktual di tempat tersebut. Kandungan uap air yang aktual ini ditentukan oleh ketersediaan air tempat tersebut serta energi untuk menguapkannya. Jika daerah tersebut basah dan panas seperti daerah-daerah di kalimantan, maka penguap akan tinggi yang berakibat pada kelembaban mutlak serta kelembaban nisbi yang tinngi. Sedangkan daerah pegunungan di Indonesia umumnya mempunyai kelembaban nisbi yang tinggi karena suhunya rendah sehingga kapasitas udara untuk menampung uap air relatif kecil (Handoko, 1986).
Kelembaban nisbi merupakan perbandingan antara kelembaban aktual dengan kapasitas udara untuk menampung uap air. Bila kelembaban aktual dinyatakan dengan tekanan uap aktual, maka kapasitas udara untuk menampung uap air tersebut merupakan tekanan uap jenuh. Sehingga kelembaban nisbi (RH) dapat ditulis dengan persen ( Sutrisno, 1986 ).
Kelembaban nisbi adalah banyaknya uap air yang terdapat dalam udara pada temperatur tertentu dibandingkan dengan banyaknya uap air yang dapat dikandung secara maksimum pada temperatur tersebut. Kelembaban nisbi dinyatakan dalam prosen (%). Pada umumnya organisme akan kehilangan lebih banyak air dalam atmosfir dengan kelembaban rendah dari pada dalam atmosfir dengan kelembaban tinggi. Oleh karena itu salah satu faktor abiotik yang sangat penting pada organisme darat adalah kelembaban nisbi (Anonim,2012).
Kelembaban nisbi biasanya diukur dengan menggunakan termometer basah dan kering, baik secara manual maupun dengan alat Sling Psychrometer dan Hygrograf. Apabila pembacaan pada kedua termometer basah dan kering sama, maka kelembaban nisbinya adalah 100%, tetapi apabila pembacaan termometer basah di bawah termometer kering, maka kelembaban nisbinya kurang dari 100%. Nilai sebenarnya dapat dilihat pada tabel, tetapi kalau menggunakan Sling Psychrometer dan hygrometer dapat langsung dibaca pada skala ukurannya (Umar, 2012).

3.      Kelembaban mutlak
Kelembaban mutlak adalah sejumlah uap air dalam udara, sedangkan kelembaban nisbi adalah persentase uap air yang sebenarnya ada dibandingkan dengan kejenuhan di bawah temperatur dan tekanan tertentu.
Semua uap air yang ada di dalam udara berasal dari penguapan. Penguapan adalah perubahan air dari keadaan cair kekeadaan gas. Pada proses penguapan diperlukan atau dipakai panas, sedangkan pada pengembunan dilepaskan panas.
Kelembaban udara pada suatu ekosistem banyak dipengaruhi oleh berbagai factor, baik faktor biotik maupun abiotik. Misalnya saja dengan suhu, vegetasi, tekanan udara dan lain sebagainya.
Kelembaban udara merupakan faktor ekologis yang mempengaruhi aktifitas ekonomi seperti penyebaran, keragaman harian, keragaman vertical dan horizontal.


C.    Udara lembab
Udara lembab adalah udara yang mengandung uap air, semakin banyak uap air yang ada di udara dikatakan derajat kelembaban udaranya (RH) tinggi/udara lembab;sebaliknya semakin sedikit uap air yang ada di udara maka derajat kelembaban udaranya (RH) rendah/udara kering.. Cara yang lebih praktis untuk mengetahui kandungan udara lembab yaitu dengan menggunakan 2 termometer, yang basah dan kering. Prinsipnya semakin kering udara, maka air semakin mudah menguap. karena penguapan butuh kalor maka akan menurunkan suhu pada thermometer basah. Sedangkan termometer kering mengukur suhu aktual udara. Akibatnya jika perbedaan suhu antara keduanya semakin besar, maka artinya kelembaban relatif udara semakin rendah. Sebaliknya jika suhu termometer basah dan thermometer kering sama, artinya udara berada pada kondisi lembab jenuh .
Tinggi rendahnya kelembaban udara di suatu tempat sangat bergantung pada beberapa factor sebagai berikut :
a)      Suhu.
b)      Tekanan udara.
c)      Pergerakan angin.
d)      Kuantitas dan kualitas penyinaran.
e)       Vegetasi dsb.
f)        Ketersediaan air di suatu tempat (air, tanah, perairan).

Suhu menunjukkan derajat panas benda. Mudahnya, semakin tinggi suhu suatu benda, semakin panas benda tersebut. Secara mikroskopis, suhu menunjukkan energi yang dimiliki oleh suatu benda. Setiap atom dalam suatu benda masing-masing bergerak, baik itu dalam bentuk perpindahan maupun gerakan di tempat berupa getaran. Makin tingginya energi atom-atom penyusun benda, makin tinggi suhu benda tersebut.
Atmosfer atau ruang udara adalah yang mengelilingi bumi dan terletak pada permukaannya. Ini adalah menjadi bagian dari bumi sebagai laut atau tanah, tetapi berbeda dengan udara dan air karena merupakan campuran gas. Itu memiliki massa, berat, dan bentuk tak terbatas.
Atmosfer terdiri dari 78 persen nitrogen, 21 persen oksigen, dan 1 persen gas lainnya, seperti argon atau helium. Beberapa unsur ini mempunyai berat yang berbeda. Unsur-unsur yang lebih berat, seperti oksigen, mengendap di permukaan Bumi, sementara unsur-unsur yang lebih ringan berada di atasnya atau lebih tinggi dari permukaan bumi. Oksigen di bawah ketinggian 35,000 kaki. Sifat dari Udara dan cairan, dapat mengalir dan berubah bentuk ketika mengalami tekanan bahkan dalam hitungan menit karena mereka tidak mempunyai kohesi molekul yang kuat. Sebagai contoh, gas benar-benar mengisi setiap wadah di mana ia ditempatkan, memperluas atau memperkecil untuk menyesuaikan bentuk sesuai dengan wadah atau tempat.

D.    Contoh pemanasan udara lembab
Adapun contoh dari pemanasan udara lembab aplikasinya pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Sebuah pembangkit listrik jika dilihat dari bahan baku untuk memproduksinya, maka Pembangkit Listrik Tenaga Uap bisa dikatakan pembangkit yang berbahan baku Air. Kenapa tidak UAP? Uap disini hanya sebagai tenaga pemutar turbin, sementara untuk menghasilkan uap dalam jumlah tertentu diperlukan air. Menariknya didalam PLTU terdapat proses yang terus menerus berlangsung dan berulang-ulang. Prosesnya antara air menjadi uap kemudian uap kembali menjadi air dan seterusnya. Proses inilah yang dimaksud dengan Siklus PLTU.
Air yang digunakan dalam siklus PLTU ini disebut Air Demin (Demineralized), yakni air yang mempunyai kadar conductivity (kemampuan untuk menghantarkan listrik) sebesar 0.2 us (mikro siemen). Sebagai perbandingan air mineral yang kita minum sehari-hari mempunyai kadar conductivity sekitar 100 – 200 us. Untuk mendapatkan air demin ini, setiap unit PLTU biasanya dilengkapi dengan Desalination Plant dan Demineralization Plant yang berfungsi untuk memproduksi air demin ini.
Secara sederhana bagaimana siklus PLTU itu bisa dilihat ketika proses memasak air. Mula-mula air ditampung dalam tempat memasak dan kemudian diberi panas dari sumbu api yang menyala dibawahnya. Akibat pembakaran menimbulkan air terus mengalami kenaikan suhu sampai pada batas titik didihnya. Karena pembakaran terus berlanjut maka air yang dimasak melampaui titik didihnya sampai timbul uap panas. Uap ini lah yang digunakan untuk memutar turbin dan generator yang nantinya akan menghasilkan energi listrik.
Secara sederhana, siklus PLTU digambarkan sebagai berikut :
Gambar.26.siklus PLTU






Siklus PLTU :
1.      Pertama-tama air demin ini berada disebuah tempat bernama Hotwell.
2.      Dari Hotwell, air mengalir menuju Condensate Pump untuk kemudian dipompakan menuju LP Heater (Low Pressure Heater) yang pungsinya untuk menghangatkan tahap pertama. Lokasi hotwell dan condensate pump terletak di lantai paling dasar dari pembangkit atau biasa disebut Ground Floor. Selanjutnya air mengalir masuk ke Deaerator.
3.      Di dearator air akan mengalami proses pelepasan ion-ion mineral yang masih tersisa di air dan tidak diperlukan seperti Oksigen dan lainnya. Bisa pula dikatakan deaerator memiliki pungsi untuk menghilangkan buble/balon yang biasa terdapat pada permukaan air. Agar proses pelepasan ini berlangsung sempurna, suhu air harus memenuhi suhu yang disyaratkan. Oleh karena itulah selama perjalanan menuju Dearator, air mengalamai beberapa proses pemanasan oleh peralatan yang disebut LP Heater. Letak dearator berada di lantai atas (tetapi bukan yang paling atas). Sebagai ilustrasi di PLTU Muara Karang unit 4, dearator terletak di lantai 5  dari 7 lantai yang ada.
4.      Dari dearator, air turun kembali ke Ground Floor. Sesampainya di Ground Floor, air langsung dipompakan oleh Boiler Feed Pump/BFP (Pompa air pengisi) menuju Boiler atau tempat “memasak” air. Bisa dibayangkan Boiler ini seperti drum, tetapi drum berukuran raksasa. Air yang dipompakan ini adalah air yang bertekanan tinggi, karena itu syarat agar uap yang dihasilkan juga bertekanan tinggi. Karena itulah konstruksi PLTU membuat dearator berada di lantai atas dan BFP berada di lantai dasar. Karena dengan meluncurnya air dari ketinggian membuat air menjadi bertekanan tinggi.
5.      Sebelum masuk ke Boiler untuk “direbus”, lagi-lagi air mengalami beberapa proses pemanasan di HP Heater (High Pressure Heater). Setelah itu barulah air masuk boiler yang letaknya berada dilantai atas.
6.      Didalam Boiler inilah terjadi proses memasak air untuk menghasilkan uap. Proses ini memerlukan api yang pada umumnya menggunakan batubara sebagai bahan dasar pembakaran dengan dibantu oleh udara dari FD Fan (Force Draft Fan) dan pelumas yang berasal dari Fuel Oil tank.
7.      Bahan bakar dipompakan kedalam boiler melalui Fuel oil Pump. Bahan bakar PLTU bermacam-macam. Ada yang menggunakan minyak, minyak dan gas atau istilahnya dual firing dan batubara.
8.      Sedangkan udara diproduksi oleh Force Draft Fan (FD Fan). FD Fan mengambil udara luar untuk membantu proses pembakaran di boiler. Dalam perjalananya menuju boiler, udara tersebut dinaikkan suhunya oleh air heater (pemanas udara) agar proses pembakaran bisa terjadi di boiler.
9.      Kembali ke siklus air. Setelah terjadi pembakaran, air mulai berubah wujud menjadi uap. Namun uap hasil pembakaran ini belum layak untuk memutar turbin, karena masih berupa uap jenuh atau uap yang masih mengandung kadar air. Kadar air ini berbahaya bagi turbin, karena dengan putaran hingga 3000 rpm, setitik air sanggup untuk membuat sudu-sudu turbin menjadi terkikis.
10.  Untuk menghilangkan kadar air itu, uap jenuh tersebut di keringkan di super heater sehingga uap yang dihasilkan menjadi uap kering. Uap kering ini yang digunakan untuk memutar turbin.
11.  Ketika Turbin berhasil berputar berputar maka secara otomastis generator akan berputar, karena antara turbin dan generator berada pada satu poros. Generator inilah yang menghasilkan energi listrik.
12.  Pada generator terdapat medan magnet raksasa. Perputaran generator menghasilkan beda potensial pada magnet tersebut. Beda potensial inilah cikal bakal energi listrik.
13.  Energi listrik itu dikirimkan ke trafo untuk dirubah tegangannya dan kemudian disalurkan melalui saluran transmisi PLN.
14.  Uap kering yang digunakan untuk memutar turbin akan turun kembali ke lantai dasar. Uap tersebut mengalami proses kondensasi didalam kondensor sehingga pada akhirnya berubah wujud kembali menjadi air dan masuk kedalam hotwell.
Siklus PLTU ini adalah siklus tertutup (close cycle) yang idealnya tidak memerlukan lagi air jika memang kondisinya sudah mencukupi. Tetapi kenyataannya masih diperlukan banyak air penambah setiap hari. Hal ini mengindikasikan banyak sekali kebocoran di pipa-pipa saluran air maupun uap di dalam sebuah PLTU.
Untuk menjaga siklus tetap berjalan, maka untuk menutupi kekurangan air dalam siklus akibat kebocoran, hotwell selalu ditambah air sesuai kebutuhannya dari air yang berasal dari demineralized tank.
Berikut adalah gambaran siklus PLTU secara lengkap. (Klik pada gambar untuk memperjelas).
        Gambar.27.siklus PLTU








VI.4.  prosedur pengujian
1.      Menyiapkan thermometer bola basah dan bola kering pada kondisi ruangan. Sebelum heater dan setelah heater.
2.      Menghubungkan ketel dengan sumber listrik (pada setting 1000 W dan 2000 W)
3.      Menghubungkan heater dengan sumber listrik (pada setting 500 W, 1000 W, dan 2000 W
4.      Menghubungkan motor dari MPAD dengan sumber listrik
5.      Menunggu air pada ketel hingga mendidih dan menghasilkan uap
6.      Mengatur pembukaan katup (ditentukan  oleh asisten)
7.      Sistem dibiarkan beroperasi selama ± 2 menit untuk mendapatkan kondisi stabil
8.      Mencatat twb dan tdb untuk setiap section, sebelum  dan setelah evaporator
9.      Mengubah persentase pembukaan katup
10.  Mengulangi prosedur 6 dan 7 sampai persentase pembukaan katup selesai
11.  Mengulangi prosedur 6-10 dengan daya heater yang berbeda
12.  Setelah selesai pengambilan data,memutuskan motor dengan sumber listrik, dan mengembalikan sistem ke keadaan atau kondisi semula.

Tidak ada komentar:

Posting Komentar