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 100oC.
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
No comments:
Post a Comment