Efek Tekanan terhadap Evaporation/Boiling Temperature (Sutarto)

Nama   : Sutarto

Nim     : K2513065

Prodi   : PTM

Efek Tekanan terhadap Evaporation/Boiling Temperature

Titik didih (Boiling Temperature) suatu cairan atau dikenal juga dengan temperatur saturasi adalah temperatur dimana tekanan uap cairan sama dengan tekanan lingkungan sekitar cairan tersebut. Pada titik ini (boiling temperature) cairan akan berubah fase yaitu dari wujud cair menjadi uap. Temperatur saturasi dari air pada tekanan atmosfer adalah 100^oC. Pada titik inilah air akan berubah fase menjadi uap dengan membentuk gelembung-gelembung uap air.

Boiling temperature di dalam boiler juga dipengaruhi oleh tekanan. Semakin tinggi tekanan di sekitar air maka akan semakin tinggi pula titik didihnya, dan apabila semakin rendah tekanan di sekitar air tersebut maka semakin rendah pula titik didih air tersebut. Hal tersebut disebabkan karena tekanan air akan mempengaruhi karakteristik: seperti entalpi (kandungan kalor) air, panas laten, dan entalpi uap yang mana dari uap air yang terbentuk pada tekanan tersebut.Dapat saya analogikan bahwa proses mendidih adalah proses “pertarungan antara uap dengan udara luar”. Jika kita misalkan uap dan udara luar sedang “main dorong-dorongan”, maka uap akan mendorong ke atas, sedangkan udara luar mendorong ke bawah. Semakin banyak uap yang mendorong ke atas, semakin mudah mereka menguap, atau dengan kata lain, semakin mudah mendidih. Begitu pula, semakin banyak udara luar yang mendorong ke bawah, maka semakin sedikit zat yang dapat menguap, sehingga semakin sulit mendidih atau dengan kata lain, titik didihnya menjadi lebih tinggi.

                                                          

Pada kondisi tekanan kritis 3200 psi (22,1 MPa) misalnya, pada kondisi ini tidak akan timbul gelembung-gelembung uap pada saat proses evaporasi. tersebut akan terjadi secara lebih smooth. Atas dasar fenomena inilah dikenal sebuah teknologi boiler bernama critical boiler. Boiler ini bekerja dengan mensirkulasikan air-uap air pada pipa-pipa boiler dengan tekanan kritis 22,1 MPa (221 bar).

Kurva Didih (Boiling Curve) Sumber:www.babcock.com

Kurva di atas adalah boiling curve (kurva didih). Kurva ini menjelaskan bagaimana karakteristik terjadinya proses pendidihan air. Penelitian dilakukan dengan jalan mencelupkan sebuah logam (metal) panas yang dijaga temperaturnya, ke dalam sejumlah air di suatu wadah. Kecepatan (rate) perpindahan panas tiap satuan luas atau disebut dengan heat flux (fluks kalor) mengisi sumbu Y kurva. Sedangkan sumbu X diisi oleh diferensial temperatur antara permukaan metal dengan air disekitarnya.

Dari titik A ke B, perpindahan panas secara konveksi akan mendinginkan metal sehingga proses pendidihan akan tertahan. Pada saat sedikit melewati titik B, dikenal sebagai proses awal proses pendidihan, dimana temperatur air secara cepat akan menyesuaikan dengan temperatur permukaan metal dan semakin mendekati temperatur saturasinya. Gelembung-gelembung uap air mulai terbentuk di permukaan metal. Secara periodik gelembung-gelembung tersebut akan mengecil karena berinteraksi dengan air lainnya. Fenomena ini disebut dengan subcooled boiling, dan ditandai dengan titik B dan S pada kurva. Pada proses ini, kecepatan perpindahan panas cukup tinggi, namun masih belum terbentuk sejumlah uap air. Dari titik S ke C, temperatur air sudah mencapai temperatur saturasi dengan lebih merata. Gelembung uap tidak lagi mengalami kolaps dan mengecil, ia akan semakin besar dan terbentuk semakin banyak gelembung uap. Kurva area ini biasa diberi sebutan nucleate boilling region, yang memiliki kecepatan perpindahan panas cepat, serta temperatur permukaan metal lebih besar sedikit dari temperatur saturasi air.

Mendekati titik C, permukaan evaporasi akan semakin luas. Pada saat ini proses pembentukan uap terjadi sangat cepat sehingga menyebabkan uap yang terbentuk seakan-akan menghalangi air untuk mendekati permukaan metal. Permukaan metal menjadi terisolasi oleh semacam lapisan film yang tersusun oleh uap air, sehingga mengakibatkan penurunan kecepatan perpindahan panas. Proses ini (C-D) dikenal dengan sebutan critical heat flux (CHF), dimana proses perpindahan panas dari metal ke air menjadi lambat karena adanya lapisan film yang terbentuk.

Lebih lanjut, seperti digambarkan dengan titik D ke E, disebut dengan proses unstable film boilling. Dimana pada saat ini temperatur permukaan kontak metal-fluida tidak mengalami kenaikan. Konsekuensinya adalah terjadinya penurunan performa perpindahan panas per luas area serta penurunan proses transfer energi. Dari titik E melewati D’ ke F, lapisan insulasi uap air pada permukaan metal menjadi sangat efektif. Sehingga perpindahan panas dari permukaan metal melewati lapisan film ini terjadi dengan cara radiasi, konduksi, serta mikro-konveksi ke permukaan air yang berbatasan dengan lapisan film. Pada fase ini proses evaporasi berlanjut dengan ditandai terbentuknya gelembung-gelembung uap air. Fase ini dikenal dengan sebutan stable film boiling.

Proses pembentukan uap air pada boiler pipa air mengacu pada boiling curve. Yang membedakan dengan proses pembentukan uap air biasa adalah, proses pembentukan uap air pada boiler pipa air terjadi pada aliran air dengan kecepatan debit aliran tertentu. Proses ini dikenal dengan istilah forced convection boiling, yang prosesnya lebih kompleks dengan melibatkan aliran fluida dua fase, gaya gravitasi, fenomena material, serta mekanisme perpindahan panas.

PUSTAKA     :http://www.babcock.com/products/Pages/Carolina-Type-Boiler.aspx