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
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