Pertemuan Ke 8 e1i2b

MATERI/BAHAN MATA KULIAH Fakultas

: Teknologi Industri

Pertemuan ke

:8

Program Studi/Jurusan : Teknik Kimia

Modul ke

:8

Mata Kuliah

: Utilitas

: Jumlah Halaman

: 14

Kode Mata Kuliah

: 52113406

Berlaku

: 2014

Dosen

: Tuasikal Muhamad Amin, MSn

Uap dan Pemakaian Ketel uap

Uap Kenyang

Industri Tekstil

Uap Dipanaskan lanjut

Energi Kenetik

Mesin Uap Energi Mekanik

Industri Kimia

Turbin Uap

Ketel Uap dan Proses pembuatan Uap Apabila setetes air di atas sekeping logam seperti gambar v = kecepatan, m/detik T = temperatur, K q = pemanas/api, Kilojoule

Gambar q=0 maka t0 = v0 jika q dinaikkan, maka t0 berubah menjadi t1 dan v1 m/detik jika q dinaikkan lagi, maka t1 berubah menjadi t2 dan v2 m/detik jika q terus dinaikkan maka t2 akan berubah menejadi td dan vd m/detik (uap).

q adalah jumlah panas yang dibutuhkan unutk menaikkan temperatur (T) air

Ketika panas (q) dinaikkan dan temperatur naik menjadi Td (temperatur mendidih), maka molekul-molekul air berubah menjadi molekul-molekul uap.

Uap kenyang dan Uap dipanaskan Lanjut Apabila tekanan tetap maka pemberian panas hanya menguapkan air tanpa merubah temperatur, ini disebut temperatur mendidih ( Td ) dan uap tersebut adalah uap kenyang Ciri-ciri Uap kenyang 1. Uap kenyang adalah uap dalam keadaan seimbang dengan air yang ada di bawahnya. 2. Uap kenyang adalah uap yang mempunyai tekanan dan temperatur mendidih yang sama dengan tekanan dan temperatur mendidih air yang ada di bawahnya. 3. Uap kenyang adalah uap yang mempunyai pasangan-pasangan harga antara tekanan (p) dan temperatur mendidihnya. 4. Uap kenyang yang apabila didinginkan akan segera mengembun. 5. Uap kenyang adalah uap yang apabila dibarkan akan segera mengembun menjadi air.

Gambar-2

Uap Dipanaskan Lanjut Uap kenyang yang telah terbentuk dibawa keluar kemudian dipanaskan lanjut hingga mencapai temperatur yang lebih tinggi dari pada temperatur mendidih dan temperatur uap kenyang, disebut uap dipanaskan lanjut. Ciri-ciri uap dipanaskan lanjut. 1. Uap yang temperaturnya jauh lebih tinggi dari temepratur air mendidih. 2. Uap yang tidak seimbang dengan air. 3. Uap yang tidak mempunyai pasagnan-pasangan harga antara tekanan dan temperatur. 4. Uap yang apabila didingingkan tidak akan mengembun.

Gambar-3 1.

2.

Dari peristiwa di atas dikenal istilah:

Entalpi Air Mendidih (Wd). Jumlah panas yang dibutuhkan oleh 1 kg air pada 00 C atau 273 K untuk dijadikan mendidih. Entalpi Uap kenyang (i”). Jumlah panas yang dibutuhkan oleh 1 kg air pada 00 C atau 273 K untuk diubah menjadi uap kenyang. Entalpi Uap Dipanaskan Lanjut (i’). Jumlah panas yang dibutuhkan untuk mengubah 1 kg air pada 00 C atau 273 K menjadi uap yang dipanaskan lanjut.

Uap Kenyang

Uap Dipanaskan Lanjaut

Penggunaan Tabel. Contoh 1 Berapa jumlah panas yang dibutuhkan oleh 14 kg air dari temperatur 290 C untuk dipanasi menjadi 900 C ? Rumus. Q = G x ∆ entalpi ∆ entalpi = entalpi akhir – entalpi awal ∆ entalpi = ( W900 C - W 290 C ) KJ/kg

= ( 377 – 121 ) KJ/kg Q = 14 kg x (377 – 121) KJ/kg = 3.584 KJ.

Contoh 2 Berapa banyak panas yang akan dilepas oleh 24 kg air bertemperatur 760C untuk didinginkan menjadi air bertemperatur 70 C ? Q = G x ∆ entalpi ∆ entalpi = ( W70 C - W760 C ) KJ/kg

Q = 24 kg x (29 – 317) KJ/kg = - 6.912 kilojoule

Soal

Berapa banyak panas yang dibutuhkan untuk membuat 15 ton uap per jam yang dipanaskan lanjut pada suhu 5500 C bertekanan 80 bar dari air bertemperatur 240 C? Q = G x ∆ entalpi = 15.000 kg x (i’ 80 bar ; 5500 C – W 240 C ) KJ/kg i’ 80 bar; 5500C (tidak ada di tabel panas dipanaskan lanjut)

i’ 80 bar; 5000 C = 3.398 i’80 bar; 6000 C = 3.641 = 7039 i’80 bar; 5500C = 7039/2 = 3519,5

Maka dicari

+

W 240C = 24 x 4,187 KJ/kg = 100,5 KJ/kg

Q = 15.000 kg x (3.519,5 – 100,5) KJ/kg = 51.285.000 KJ

Lanjutan Perhitungan Kebutuhan Panas Soal Berapa banyak panas yang dibutuhkan oleh sebuah ketel uap yang memproduksi 250 ton uap/jam bertemperatur 5200 C dan bertekanan 90 bar, dari air 30.000 liter bertemperatur 300 C?

Jawaban

Diketahui: G = 250 ton uap/jam t uap = 5200 C P = 90 bar t air = 300 C i’ 90 bar; 5200 C tidak terdapat dalam tabel 2, maka digunakan cara interpolasi sebagai berikut: I’ 90 bar 5200 C berada di antara 5000 C dan 6000 C, tabel 2 i’ 90 bar 5000 C = 3387 dan i’ 90 bar 6000 C = 2633 maka I’

90 bar;

3387

5200 C = [(520 – 500) : (600 – 500)] x (3633 – 3387) + KJ/kg

= (20 : 100) x (3633 – 3387) + 3387 KJ/kg

= 3436,2 KJ/kg W 300 C = 30 x 4,187 KJ/kg = 125,6 KJ/kg G = 250 ton uap/jam = 250.000 kg uap/jam Q = G x ∆ entalpi ∆ entalpi = I’90

0 C – W 0c 520 bar 30

∆ entalpi = 3436,2 KJ/kg – 125,6 KJ/kg Q = 250.000 kg/jam x (3436,2 – 125,6) KJ/kg Q = 827.650.000 KJ/jam Apabila menggunakan bahan bakar minyak dengan nilai pembakaran terendah 41.000 KJ/kg, maka kebutuhan bahan bakar per jam = 827.650.000 KJ/jam 41.000 KJ/kg = 20.187 kg/jam

Perpindahan Panas a. Perpindahan Panas secara Aliran atau Konveksi yaitu perpindahan panas yang dilakukan oleh molekul-molekul suatu fluida (cair atau gas). Molekul-molekul fluida tersebut dalam gerakannya membawa sejumlah panas q joule dan pada saat menyentuh dinding ketel maka panasnya dibagikan yaitu q1 joule kepada dinding ketel dan sebagian yaitu q2 = q – q1 joule. Q = α . F (Tapi - Tdinding )KJ/jam

q2 q1

q

b. Perpindahan Panas secara Perambatan atau Konduksi

Yaitu perpidahan panas dari suatu bagian padat ke bagian lain dari benda padat yang sama atau benda padat yang satu ke benda padat yang lain karena bersinggungan Q = λ/s . F ( Td1 - Td2 ) Kilojule/jam α = angka peralihan pans (kilojule/m2 ) F = luas dinding yang dipanasi (m2) T = temperatur (Kelvin) s = tebal dinding Td1 = tem. dinding ketel yang bersentuhan dengan ketel Td2 = tem. Dinding ketel yang bersentuhan dengan air

Dinding Ketel Baru s = tebal dinding ketel uap α = angka peralihan panas KJ/m2.Jam.K λ = perambatan panas KJ/m.jam.K Q = panas yang diserahkan KJ/jam T = temperatur 0 C F = luas pemanasan m2

Dari gambar di atas diturunkan rumus-rumus berikut Q1 = α1 . F ( T api - T d1 )

Q2 = λ/s . F ( T d1 – T d2 ) Q3 = α2 . F ( Td2 –T air ) rumus q = k0 .F ( Tapi - Tair ) k0 =

1 1/α1 + s/λ + 1/α2

k0 = angka perambatan melalui dinding ketel (kilojoule/m2 .K/jam

Ketel kotor s1 = tebal jelaga ketel (m) s2 = tebal dinding ketel uap (m) s3 = tebal kerak ketel uap (m) α = angka peralihan panas KJ/m2 .jam,K λ = angka perambatan panas KJ/m.jam.K F = luas pemanasan (m2)

Persamaan Q1 = α1 . F ( T api - T d1 ) Q2 = λ1 /s1 . F ( Td1 – Td2 ) Q3 = λ/s2 .F ( Td2 – Td3 ) Q4 = λ3 /s3 .F ( Td3 – Td4 ) Q5 = α2 .F ( Td4 – T

air

q = kk F (Tapi - Tair )

)

kk =

1 1/α1 + s1/λ1 + s2/λ2 + s3/λ3 +1/α2

Q = kk F (T api – T air)