E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala 1 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1 MODUL PERCOBAAN I DEEP BED FILTER 1. TUJUAN PERCOBAAN Melakukan pemisahan padatan yang tersuspensi di dalam cairan dan melihat pengaruh konsentrasi padatan dan tekanan operasi terhadap laju pengeluaran filtrat. 2. DASAR TEORI Filtrasi adalah pembersihan partikel padat dari suatu fluida dengan melewatkannya pada medium penyaringan, atau septum, yang di atasnya padatan akan terendapkan (Noviati, 2009). Filtrasi adalah suatu operasi pemisahan campuran antara padatan dan cairan dengan melewatkan umpan ( slurry) melalui medium penyaring. Untuk semua proses filtrasi, umpan mengalir disebabkan adanya tenaga dorong berupa beda tekanan, sebagai contoh adalah akibat gravitasi atau tenaga putar. Secara umum filtrasi dilakukan bila jumlah padatan dalam suspensi relatif lebih kecil dibandingkan zat cairnya (Anonim, 2008). Filtrasi adalah proses penyaringan air melalui media pasir atau bahan sejenis untuk memisahkan partikel flok atau gumpalan yang tidak dapat mengendap, agar diperoleh air yang jernih. Penyaringan adalah pengurangan lumpur tercampur dan partikel koloid dari air limbah dengan melewatkan pada media yang porous. Kedalaman penyaringan menentukan derajat kebersihan air yang disaringnya pada pengolahan air untuk minum. Mekanisme yang dilalui pada filtrasi: a. Air mengalir melalui penyaring glanular. b. Partikel-partikel tertahan di media penyaring. c. Terjadi reaksi-reaksi kimia dan biologis (Envist, 2009). 2.1. Jenis-jenis Peralatan Filtrasi 2.1.1. Sand Filter Peralatan filtrasi ini digunakan pada saat dimana sejumlah kecil dari padatan akan dipisahkan dari cairan dalam jumlah besar. Medium filter ini terdiri dari batu kerikil kasar serta pasir halus yang bertindak sebagai medium filter yang sebenarnya. Air diumpankan dari atas melalui baffle dan filtratnya ditampung pada bagian dasar. Filtrasi berlangsung sampai endapan partikel dari saringan penyumbat pasir dan laju alirnya menurun. Untuk itu diperlukan backwash
66
Embed
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik ...che.unsyiah.ac.id/wp-content/uploads/sites/4/2013/10/Modul-Lab-OTK... · E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
1 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
MODUL PERCOBAAN I
DEEP BED FILTER
1. TUJUAN PERCOBAAN
Melakukan pemisahan padatan yang tersuspensi di dalam cairan dan melihat
pengaruh konsentrasi padatan dan tekanan operasi terhadap laju pengeluaran
filtrat.
2. DASAR TEORI
Filtrasi adalah pembersihan partikel padat dari suatu fluida dengan
melewatkannya pada medium penyaringan, atau septum, yang di atasnya padatan
akan terendapkan (Noviati, 2009). Filtrasi adalah suatu operasi pemisahan
campuran antara padatan dan cairan dengan melewatkan umpan (slurry) melalui
medium penyaring. Untuk semua proses filtrasi, umpan mengalir disebabkan
adanya tenaga dorong berupa beda tekanan, sebagai contoh adalah akibat gravitasi
atau tenaga putar. Secara umum filtrasi dilakukan bila jumlah padatan dalam
suspensi relatif lebih kecil dibandingkan zat cairnya (Anonim, 2008).
Filtrasi adalah proses penyaringan air melalui media pasir atau bahan sejenis
untuk memisahkan partikel flok atau gumpalan yang tidak dapat mengendap, agar
diperoleh air yang jernih. Penyaringan adalah pengurangan lumpur tercampur dan
partikel koloid dari air limbah dengan melewatkan pada media yang porous.
Kedalaman penyaringan menentukan derajat kebersihan air yang disaringnya pada
pengolahan air untuk minum.
Mekanisme yang dilalui pada filtrasi:
a. Air mengalir melalui penyaring glanular.
b. Partikel-partikel tertahan di media penyaring.
c. Terjadi reaksi-reaksi kimia dan biologis (Envist, 2009).
2.1. Jenis-jenis Peralatan Filtrasi
2.1.1. Sand Filter
Peralatan filtrasi ini digunakan pada saat dimana sejumlah kecil dari padatan
akan dipisahkan dari cairan dalam jumlah besar. Medium filter ini terdiri dari batu
kerikil kasar serta pasir halus yang bertindak sebagai medium filter yang
sebenarnya. Air diumpankan dari atas melalui baffle dan filtratnya ditampung
pada bagian dasar. Filtrasi berlangsung sampai endapan partikel dari saringan
penyumbat pasir dan laju alirnya menurun. Untuk itu diperlukan backwash
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
2 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
dengan cara memasukkan air dengan arah yang berlawanan dengan pemasukan
umpan.
2.1.2. Plate and Frame Filter
Peralatan filter ini terdiri dari plate and frame yang tersusun bersama
dengan suatu filter cloth, dimana plate memiliki saluran untuk mengeluarkan
cairan filtrate jernih ke masing-masing plate. Umpan slurry dimasukkan melalui
saluran menuju frame yang terbuka sehingga slurry tersebut memenuhi frame.
Filtrate mengalir di antara cloth dan padatan akan membentuk cake pada bagian
frame dari cloth. Filtrat mengalir di antara filter cloth dan permukaan plate
menuju saluran pengeluaran. Filtrasi berlangsung sampai frame dipenuhi oleh
padatan, kemudian dilakukan pencucian sehingga cake akan meninggalkan plate.
Di sinilah terdapat saluran terpisah untuk memasukkan air pencucian cloth pada
setiap sistem dari frame dan keluar melalui saluran pembuangan.
2.1.3. Leaf Filter
Leaf filter dirancang untuk sejumlah besar slurry dengan pencucian yang
lebih efisien. Pada alat filtrasi ini slurry memasuki tangki dan ditekan sehinggga
menerobos filter cloth dimana cake akan terdeposit ke sisi luar dari leaf. Untuk
memisahkan cake maka shell harus dibuka dan kadang-kadang diberikan udara
dengan arah yang berlawanan ke dalam leaf untuk mengeluarkan cake.
2.1.4. Continuos Rotary Vacum Drum Filter
Jenis ini merupakan peralatan yang berguna untuk penyaringan, pencucian,
dan pengeluaran cake dalam urutan yang kontinu. Dimana drum dilengkapi
dengan sebuah medium filter serta drum berputar dimana suatu katup otomatias
yang berada ditengah membantu menjalankan penyaringan, pencucian, dan
pengeluaran cake.
2.1.5. Media Filter
Media filter untuk filtrasi sering digunakan untuk memisahkan padatan yang
akan tersaring dari slurry dan menghasilkan filtrat yang jernih. Porosnya juga
tidak mudah tersumbat sehingga laju filtrat cepat. Media filter harus dapat
memisahkan cake secara mudah dan bersih dan harus tahan secara kimia terhadap
larutan-larutan yang digunakan.
2.2. Jenis-Jenis Filter
2.2.1. Filter Butiran (Granular Filter)
Filter butiran terdiri dari:
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
3 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
a. Filter pasir lambat
Suatu filter pasir lambat terdiri dari satu lapisan pasir yang ditahan oleh
sekitar 30 cm pecahan batu (gravel). Pasir biasanya mempunyai ukuran efektif 0.2
– 0.35 mm dengan kedalaman sekitar 60 – 120 cm. Air dialirkan ke filter tersebut
dengan laju alir sekitar 0.034 – 0.1 l/m2.det (0.05 – 0.015 gpm/ft
2). proses filtrasi
dihentikan dan filternya dikeringkan dan lapisan permukaan bagian atas dari pasir
dibuang dengan cara “scrapping”. Karena laju alir air yang rendah, filter pasir
lambat membutuhkan areal yang luas dan “capital cost” agak tinggi.
b. Filter Pasir Cepat (Rapid Sand Filter)
Filter pasir cepat terdiri dari 0.4 – 0.7 m lapisan pasir yang ditahan di atas
30 – 60 cm pecahan batu (gravel). Di dalam filter pasir cepat ukuran pasir efektif
adalah 0.4 – 0.8 mm (lebih besar daripada untuk filter pasir lambat). Laju alir air
biasanya sekitar 1.3 – 2.7 l/m2.det (2 – 4 gpm/ft
2). Unggun dibersihkan dengan
cara mengalirkan air melalui unggun berlawanan arah (back wash) dengan
kecepatan sedemikian sehingga unggun mengembang dan padatan yang tersumbat
terlepas dan terbawa bersama air cucian keluar.
c. Filter Multimedia
Pada filter multimedia, unggun terdiri dari dua atau lebih lapisan bahan
butiran yang berbeda. Sebagai contoh, filter media ganda yang biasa terdiri dari
50 cm lapisan partikel batubara anthrasit dengan ukuran 1 mm diatas 30 cm
lapisan pasir silika dengan ukuran 0.5 mm. Lapisan atas (batubara anthrasit) yang
lebih besar ukuran pori-porinya berfungsi untuk mengurangi beban kandungan
padatan pada lapisan bawah (pasir silika).
d. Precoat Filter
Bahan filter yang digunakan pada precoat filter ini adalah lapisan tipis
daripada tanah diatomi (diatomaceous) atau perlit yang dibuang pada akhir masa
pemakaian atau akhir siklus filtrasi. Bahan ini (endapan tanah diatomi) terdiri dari
kerangka fosil dari mikroskopik diatomi yang terbentuk jutaan tahun yang silam.
Bahan ini digali, kemudian dihancurkan, dikalsinasi, dipisahkan untuk
mendapatkan butiran halus yang berpori dengan berbagai bentuk yang
mempunyai ukuran 5-50 mikron.
e. Plate dan Frame Filter Press
Sebuah filter terdiri dari sejumlah plat dan bingkai yang dipasang
sedemikian rupa sehingga diantara dua plat terdapat sebuah bingkai yang
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
4 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
membentuk sebuah ruang kosong untuk menampung slurry. Plat yang
permukaannya beralur-alur yang dibungkus dengan bahan penyaring seperti kain
atau kanvas yang diapit oleh bingkai-bingkai memungkinkan proses filtrasi
terjadi.
Pada masing-masing plat dan bingkai terdapat empat buah lubang yaitu dua
lubang lurus dan dua lubang bercabang. Dua buah lubang bercabang pada bagian
atas bingkai masing-masingnya diberi lubang untuk slurry masuk ke dalam
rongga kosong dan dua buah lubang bercabang pada bagian bawah plat
dihubungkan dengan alur-alur permukaan plat untuk mengumpulkan dan
mengalirkan filtrat. Dua buah lubang lurus atau tidak bercabang pada bagian atas
plat gunanya untuk mendistribusikan slurry ke masing-masing ruang kosong di
antara dua buah plat dan satu bingkai. Sedangkan dua buah lubang lurus atau
tidak bercabang pada bagian bawah bingkai gunanya untuk mengumpulkan filtrat
dari alur-alur permukaan plat-plat yang satu dan lainnya. Jumlah plat dan bingkai
yang dipasang dapat disesuaikan dengan jumlah slurry yang akan diolah. Jumlah
plat berbanding lurus dengan luas medium filter demikian pula dengan volum
filtrat.
f. Bag Filter
Bag filter atau filter kantong digunakan untuk menghilangkan padatan
tersuspensi didalam udara atau gas. Bahan kantong biasanya digunakan kain
khusus atau kanvas. Salah satu jenis bag filter yang sederhana adalah vacum
cleaner yang hanya mempunyai sebuah kantong. Bag filter biasanya dipakai di
pabrik semen mempunyai puluhan atau ratusan kantong. Jumlah kantong
disesuaikan dengan jumlah bahan yang diproses seperti pada plate dan frame filter
press dimana jumlah plate dan frame-nya disesuaikan dengan jumlah bahan yang
diolah. Kantong biasanya dipasang terbalik (mulut ke bawah) hal ini bertujuan
untuk memudahkan pembersihan dan pengeluaran padatan yang menempel pada
kantong.
Udara atau gas yang mengandung padatan dialirkan dari arah bawah ke atas
melalui mulut-mulut kantong kedalam kantong-kantong meninggalkan padatan,
menempel dalam dinding dalam kantong. Udara atau gas yang sudah bersih
meninggalkan kantong-kantong dari arah atas menuju saluran keluaran atau outlet.
Lama-kelamaan jumlah padatan yang menempel pada dinding kantong semakin
tebal yang mengakibatkan aliran udara atau gas terhambat, sehingga pada waktu-
waktu tertentu kantong-kantong tersebut digetarkan dan padatan yang menempel
pada dinding kantong lepas dan jatuh k ebawah, dan dikeluarkan dengan screw
atau belt conveyor melalui suatu sistem feeder tertutup.
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
5 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
2.3. Media Penyaring
Septum di dalam setiap penyaring harus memenuhi persyaratan berikut:
Penyaring harus menahan padatan yang disaring, menghasilkan filtrat yang
cukup jernih.
Penyaring harus tidak tersumbat.
Penyaring harus tahan zat kimia dan cuku kuat secara fisik terhadap operasi
yang terjadi.
Penyaring harus dapat membuat semua cake mudah untuk dibuang.
Kehilangan daya tekan (head loss) untuk suatu unggun butiran dengan
partikel yang seragam, kehilangan tekanan awal dalam suatu unggun yang bersih
diberikan oleh persamaan Kozeny berikut:
2
3
1s
P
pL uD
Lf
PH
Dimana:
HL = kehilangan daya tekan (head loss)
p = kehilangan tekanan (pressure drop)
L = tinggi unggun
Dp = diameter partikel efektif
= fraksi ruang kosong dalam unggun
us = kecepatan superfisial
fp = faktor gesekan
Bila unggun terdiri dari beberapa lapisan bahan yang berbeda, persamaan
Kozeny dapat dipakai untuk masing-masing lapisan secara terpisah. Kalau terjadi
distribusi ukuran partikel secara kontinu sepanjang kedalaman unggun, persamaan
Kozeny harus ditulis dalam bentuk differensial kemudian diintegrasikan dengan
batasan sepanjang unggun tersebut (O-L).
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
6 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
3. PROSEDUR PERCOBAAN
Gambar 1. Alat DBF
a) Pembuatan slurry
Dilarutkan sejumlah kapur ke dalam air sehingga mencapai konsentrasi
tertentu sesuai tugas yang diberikan.
b) Tahap downward
1. Dibuka kran (1) dan (3).
2. Dihidupkan pompa sehingga slurry tersikulasi ke dalam kolom filtrasi.
3. Diaturlah laju alir slurry dengan membuka kran (5), bila aliran tidak
cukup maka tutup kran sirkulasi (3) perlahan sehingga mencapai laju
alir yang diinginkan.
4. Dibuka kran (6) dan (9), setelah kran terisi penuh dan tinggi air pada
tube manometer menunjukkan ketinggian yang sama. Jika masih
terdapat udara dalam kolom, dibuka kran vent yang terdapat pada
puncak kolom sehingga air keluar dari kran vent tersebut.
5. Diambil filtrat pada t = 0 dan seterusnya sesuai dengan tugas.
6. Dicatat pembacaan manometer pada tiap-tiap pipa.
Unggun Manometer
Bak Slurry Bak Filtrat
Pompa
Valve 6 Valve 7
Valve 5
Valve 8 Valve 9
Valve 4 Valve 3
Valve 1 Valve 2
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
7 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
7. Dihitung absorbansi dari filtrat yang diambil.
8. Dihitung head loss pada setiap titik dan waktu sesuai dengan tugas.
c) Tahap backwash
1. Dibuka kran (2), (4), dan (7), sedangkan kran lainnya dalam keadaan
tertutup.
2. Diatur laju alir backwash dengan membuka kran (5).
3. Dihitung pressure drop selama proses backwash sesuai dengan tugas.
4. Diambil filtrat untuk dihitung absorbansinya sesuai tugas yang
diberikan.
d) Menghentikan peralatan
1. Dimatikan semua peralatan dengan menekan tombo “OFF” setelah
percobaan selesai.
2. Diputuskan hubungan peralatan dengan sumber arus dan sumber air.
3. Dipastikan tidak ada genangan air di sekitar peralatan setelah anda
melakukan praktikum.
e) Perawatan peralatan
1. Dibersihkan tangki penampung dan peralatan backwash sampai
bersih.
2. Diperiksa dengan teliti rangkaian listrik dari peralatan dan jangan
diletakkan di dekat genangan air.
3. Diperiksa kran pembuka untuk pengambilan sampel berada di
tempatnya.
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
8 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
4. PENUGASAN
No
Konsentrasi
CaCO3
(mg/L)
Laju Alir
(L/menit)
Waktu
(menit)
Interval
Waktu
(Menit)
Volume
Larutan
(L)
1 350 2
80 20 150 2,5
2 320 1,5
60 15 250 4
3 300
3 50 10 300 410
4 330
2,5 75 15 180 390
5 270
3,5 40 10 350 400
6 250
3 60 20 260 350
7 290 1,5
60 15 220 4
8 340
3,5 50 10 320 420
9 250 2
75 25 200 3
10 380 3,5
45 15 360 4,5
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
9 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
5. DATA PENGAMATAN
5.1. Hubungan Pressure Drop terhadap Kedalaman Unggun pada Tahap
Downward
Pipa
M = mg/L Q = L/menit M = mg/L Q = L/menit
Waktu = menit Waktu = menit
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
10 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
40
41
5.2. Hubungan Pressure Drop terhadap Kedalaman Unggun pada Tahap
Backwash
Pipa
M = mg/L Q = L/menit M = mg/L Q = L/menit
Waktu = menit Waktu = menit
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
11 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
38
39
40
41
5.3. Hubungan Head Loss terhadap Kedalaman Unggun pada Tahap
Downward
Pipa
M = mg/L Q = L/menit M = mg/L Q = L/menit
Waktu = menit Waktu = menit
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
12 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
36
37
38
39
40
41
5.4. Hubungan Head Loss terhadap Kedalaman Unggun pada Tahap
Backwash
Pipa
M = mg/L Q = L/menit M = mg/L Q = L/menit
Waktu = menit Waktu = menit
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
13 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
34
35
36
37
38
39
40
41
5.5. Turbidity (Kekeruhan)
Data turbidity filtrat : ppm = NTU
ppm = NTU
5.5.1 Turbidity pada Tahap Downward
Pipa
M = mg/L Q = L/menit M = mg/L Q = L/menit
Waktu = menit Waktu = menit
5.5.2 Turbidity pada Tahap Backwash
Pipa
M = mg/L Q = L/menit M = mg/L Q = L/menit
Waktu = menit Waktu = menit
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
14 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
MODUL PERCOBAAN II
PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI
1. TUJUAN PERCOBAAN
Menentukan Temperatur film (Tf), Bilangan Reynold (NRe), Bilangan
Grassholf (NGr), Bilangan Prant (NPr), Bilangan Nussel (NNu) dan Koefisien
Perpindahan Panas (h).
2. DASAR TEORI
Konsep Dasar Perpindahan Panas
Dalam peristiwa perpindahan panas jika dalam suatu sistem terdapat
gradient suhu maka akan terjadi perpindahan energi. Perpindahan terjadi dari
temperatur tinggi ke temperatur rendah, dan perpindahan panas tersebut akan
berhenti ketika kedua medium telah mencapai temperatur yang sama (setimbang).
Panas dapat dipindahkan dalam tiga jenis cara yang berbeda yaitu: konduksi,
konveksi dan radiasi.
Perpindahan panas mencakup mengenai perpindahan energi karena
perbedaan temperatur diantara dua benda atau material. Di samping itu
perpindahan panas juga meramalkan laju perpindahan panas pada kondisi tertentu.
Persamaan fundamental didalam perpindahan panas merupakan persamaan
kecepatan yang menghubungkan kecepatan perpindahan panas sebagai diantara
dua sistem dengan sifat termodinamik dalam sistem tersebut. Gabungan
persamaan kecepatan, kesetimbangan energi, dan persamaan keadaan
termodinamis menghasilkan persamaan yang dapat memberikan distribusi
temperatur dan kecepatan perpindahan panas. Jadi, pada dasarnya teori
perpindahan panas adalah termodinamika dengan persamaan kecepatan yang
ditambahkan.
Oleh karena termodinamika berkisar pada energi maka seluruh sifat-sifat
termodinamika berkaitan dengan energi. Keadaan atau kondisi termodinamika
suatu sistem didefenisikan berdasarkan sifat-sifatnya.
Mekanisme Perpindahan Panas
a. Perpindahan Panas Konduksi
Perpindahan panas konduksi adalah proses dimana panas mengalir dari
daerah yang bertemperatur lebih tinggi ke daerah yang bertemperatur lebih rendah
di dalam satu medium (padat, cair atau gas). Perpindahan energi terjadi karena
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
15 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
Q = h.A (Td – T)
adanya hubungan molekul secara langsung tanpa adanya perpindahan molekul
yang cukup besar.
Perpindahan energi tersebut dapat berlangsung dengan tumbukan elastik
(misalnya dalam fluida) atau dengan pembauran (difusi) elektron-elektron yang
bergerak secara lebih cepat dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang
bertemperatur rendah (misalnya dalam logam). Jika beda temperatur
dipertahankan dengan penambahan dan pembuangan panas di berbagai titik, maka
akan berlangsung aliran panas yang terus-menerus dari daerah yang lebih panas ke
daerah yang lebih dingin. Laju perpindahan panas dinyatakan dengan hukum
Fourier.
Dimana:
Q = laju perpindahan panas (W)
k = konduktivitas termal (W/m2.K)
A = luas penampang (m2)
dT/dx = gradien temperatur (K/m)
b. Perpindahan Panas Konveksi
Perpindahan panas konveksi adalah proses perpindahan panas yang
disebabkan oleh aliran fluida. Konveksi juga merupakan proses pengangkutan
energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energi dan
gerakan mencampur. Konveksi sangat penting sebagai mekanisme perpindahan
energi antara permukaan benda padat dan cairan atau gas.
Pada umumnya perpindahan panas konveksi dinyatakan dengan hukum
pendinginan Newton.
Dimana:
Q = laju perpindahan panas (W)
h = koefisien konveksi (W/m2.K)
A = luas permukaan (m2)
Td = temperatur dinding (K)
T = temperatur udara (K)
c. Perpindahan Panas Radiasi
Perpindahan panas secara radiasi terjadi tanpa adanya media yang
menghubungkan antara pengirim radiasi (benda panas) ke penerima radiasi (benda
tidak panas). Sebenarnya, semua benda yang suhunya akan melepaskan panasnya
secara radiasi ke benda di sekelilingnya, dimana benda yang paling panas, itulah
yang akan menjadi pemberi radiasi panas, sementara yang lebih dingin akan
menjadi penerima.
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
16 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
Besarnya panas yang diradiasikan oleh suatu benda dirumuskan melalui
hukum Stefan-Boltzmann.
Dimana:
ε = emisivitas (sifat radiasi pada permukaan)
A = luas permukaan (m2)
σ = konstanta Stefan-Boltzman (5,67.108 W/m2.K
4)
= temperatur absolute permukaan (K
4)
= temperatur sekitar (K
4)
Perpindahan Panas Secara Konveksi Alami dan Paksa
Perpindahan energi dengan cara konveksi dari suatu permukaan yang
temperaturnya di atas temperatur fluida sekitarnya berlangsung dalam beberapa
tahap. Pertama, panas akan mengalir dengan cara konduksi dari permukaan ke
partikel-partikel fluida yang berbatasan. Energi yang berpindah dengan cara
demikian akan menaikkan temperatur dan energi dalam partikel-partikel fluida ini.
Kemudian partikel-partikel fluida tersebut akan bergerak ke daerah yang
bertemperatur lebih rendah di dalam fluida dimana akan bercampur dan
memindahkan sebagian energinya kepada partikel-partikel fluida lainnya. Energi
sebenarnya disimpan di dalam partikel-partikel fluida dan diangkut sebagai akibat
gerakan massa partikel-partikel tersebut. Perpindahan panas konveksi dibagi dua
yaitu konveksi bebas (free convection) dan konveksi paksa (forced convection).
Bila gerakan mencampur berlangsung sebagai akibat dari perbedaan
kerapatan yang disebabkan oleh gradien temperatur maka disebut konveksi bebas.
Dan bila gerakan mencampur disebabkan oleh suatu alat dari luar, seperti pompa
atau kipas maka prosesnya disebut dengan konveksi paksa. Keefektifan
perpindahan panas konveksi tergantung sebagian besarnya pada gerakan