SIFAT CAIRAN - UAP

Kualitas Uap

Untuk menjamin keandalan peralatan dan efisiensi dalam pengoperasian kualitas air dan uap harus tersedia pada titik penggunaan:

·           Dalam jumlah yang benar untuk menjamin bahwa aliran panas yang memadai tersedia untuk perpindahan panas

·           Pada suhu dan tekanan yang benar, atau akan mempengaruhi kinerja

·           Bebas dari udara dan gas yang dapat mengembun yang dapat menghambat perpindahan panas

·           Bersih, karena kerak (misal karat atau endapan karbonat) atau kotoran dapat meningkatkan laju erosi pada lengkungan pipa dan orifice kecil dari steam traps dan katup

·           Kering, dengan adanya tetesan air dalam steam akan menurunkan entalpi penguapan aktual, dan juga akan mengakibatkan pembentukan kerak pada dinding pipa dan permukaan perpindahan panas.

Sebagai alat bantu untuk mengetahui tingkat keadaan pada suatu siklus dapat digunakan diagram fasa dan tabel uap, baik yang berbentuk manual maupun dalam bentuk piranti lunak.

 DIAGRAM FASA

Sifat cairan – uap digambarkan dalam diagram fasa, pada dasarnya diagram fasa menunjukkan hubungan perubahan tekanan, volume dan temperatur dalam suatu sistem terhadap fasa-fasa utama (padat, cair, gas).

                   

Dalam membaca diagram fasa ada beberapa istilah yang perlu diketahui yaitu:

·         Cairan subdingin (subcooled liquid), yaitu kondisi cairan pada temperatur di bawah titik didihnya (T<Tsat) pada tekanan tertentu.

·         Cairan jenuh (saturated liquid), yaitu kondisi cairan tepat di temperatur didihnya pada tekanan tertentu.

·         Campuran jenuh (saturated mixture), yaitu kondisi campuran cairan jenuh dan uap jenuh dalam kondisi kesetimbangan pada temperatur di temperatur didihnya pada tekanan tertentu. Tekanan pada saat ini disebut tekanan penguapan (vapor pressure).

·         Uap jenuh (saturated vapor), yaitu kondisi uap tepat di temperatur didihnya pada tekanan tertentu, dimana uap itu akan mulai terkondensasi.

·         Uap superpanas (superheated vapor), yaitu kondisi uap pada temperatur di atas titik didihnya (T<Tsat) pada tekanan tertentu.

·         Kurva cairan jenuh, yaitu kurva dimana hanya terdapat cairan jenuh saja

·         Kurva uap jenuh, yaitu kurva dimana hanya terdapat uap jenuh saja

·         Titik kritis, yaitu titik pertemuan antara kurva cairan jenuh dan uap jenuh

·         Kualitas x, dalam suatu campuran uap jenuh dan cairan jenuh, kualitas yang dimasud disini adalah fraksi massa fasa uapnya. Besaran ini sangat penting untuk diketahui karena perbedaan yang sangat besar antara sifat termodinamika cairan dan uap.                    

x = m_uap/m_total , dimana m_total = m_cairan + m_uap

Ketika air dipanaskan dari 0°C sampai suhu jenuhnya, kondisinya mengikuti garis cair jenuh sampai menerima seluruh entalpi cairannya, hf, (A - B). Jika panas ditambahkan lebih lanjut, maka akan merubah fase ke steam jenuh dan berlanjut meningkakan entalpi sambil tetap pada suhu jenuhnya, hfg, (B - C). Jika campuran steam/air meningkat kekeringannya, kondisinya bergerak dari garis cair jenuh ke garis uap jenuh. Oleh karena itu pada titik tepat setengah diantara kedua keadaan tersebut, fraksi kekeringan (x) nya sebesar 0,5. Hal yang sama, pada garis uap jenuh steamnya 100 persen kering. Begitu menerima seluruh entalpi penguapannya maka akan mencapai garis uap jenuh. Jika pemanas dilanjutkan setelah titik ini, suhu steam akan mulai naik mencapai le wat jenuh (C - D).

Garis-garis cairan jenuh dan uap jenuh menutup wilayah dimana terdapat campuran uap/air –uap basah. Dalam daerah sebelah kiri garis cair jenuh, hanya terdapat air, dan pada daerah sebelah kanan garis uap jenuh hanya terdapat uap lewat jenuh. Titik dimana garis cairan jenuh dan uap jenuh bertemu dikenal dengan titik kritis. Jika tekanan naik menuju titik kritis maka entalpi penguapannya berkurang, sampai menjadi nol pada titik kritisnya. Hal ini menunjukkan bahwa air berubah langsung menjadi uap jenuh pada titik kritisnya.

Di atas titik kritis hanya gas yang mungkin ada. Keadaan gas merupakan keadaan yang paling terdifusi dimana molekulnya hampir memiliki gerakan yang tidak dibatasi, dan volumnya meningkat tanpa batas ketika tekanannya berkurang. Titik kritis merupakan suhu tertinggi dimana bahan berada dalam bentuk cairan. Pemberian tekanan pada suhu konstan dibawah titik kritis tidak akan mngakibatkan perubahan fase. Walau begitu, pemberian tekanan pada suhu konstan dibawah titik kritis, akan mengakibatkan pencairan uap begitu melintas dari daerah lewat jenuh/superheated ke daerah steam basah. Titik kritis terjadi pada suhu 374,15^oC dan tekanan steam 221,2 bars. Diatas tekanan ini steam disebut superkritis dan tidak ada titik didih yang dapat diterapkan.

 Fraksi Kekeringan

Uap dengan suhu sama dengan titik didihnya pada tekanan tertentu dikenal dengan uap jenuh kering. Walau demikian, untuk menghasilkan 100 persen uap kering pada suatu industri boiler yang dirancang untuk menghasilkan uap jenuh sangatlah tidak memungkinkan, dan uap biasanya akan mengandung tetesan- tetesan air. Dalam prakteknya, karena adanya turbulensi dan pencipratan, dimana gelembung uap pecah pada permukaan air, ruang uap mengandung campuran tetesan air dan uap. Jika kandungan air dari uap sebesar 5 persen massa, maka uapnya dikatakan kering 95 persen dan memiliki fraksi kekeringan 0,95. Entalpi yang sebenarnya dari penguapan uap basah merupakan produk fraksi kekeringan (x) dan entalpi spesifik (hf g) dari tabel uap. Uap basah akan memiliki energi panas yang lebih rendah daripada steam jenuh kering.

Entalpi penguapan aktual   =   hf g x

Oleh karena itu:

Entalpi total actual   =    hf + hfg x

Karena volume spesifik air beberapa tingkat lebih rendah daripada steam, tetesan air dalam steam basah akan menempati ruang yang dapat diabaikan. Oleh karena itu volum spesifik steam basah akan lebih kecil dari steam kering.

Volume spesifik aktual   =   vg x

Dimana: vg adalah volume spesifik steam jenuh kering

    PENGGUNAAN TABEL UAP SATURASI

Sifat-sifat sebagaimana diulas di atas berdasarkan percobaan yang dilakukan selama beberapa tahun menghasilkan kesimpulan tentang berbagai kondisi yang terjadi dalam siklus air-uap. Hasil dari percobaan tersebut diterbitkan dalam bentuk tabel termodinamika mengenai perubahan sifat dari air. Tabel tersebut dibagi menjadi dua bagian utama, dimana bagian yang pertama memperlihatkan sifat dari air dan uap jenuh sedangkan bagian yang lain memperlihatkan sifat dari uap panas lanjut.

Simbol-simbol yang digunakan dalam tabel yang memperlihatkan bermacam-macam sifat air dan uap dan keterangan-keterangan yang berhubungan dengannya. Arti dari simbol-simbol tersebut adalah sebagai berikut :

P       : tekanan absolut (bar)

t        : temperatur (° C)

h       : enthalpy atau total panas (kJ/kg)

v       : volume spesifik (m³/kg).

Selain itu juga dipakai beberapa subskrip seperti :

s       : tingkat kejenuhan (ts adalah temperatur jenuh).

f        : sifat jenuh air (h_f adalah entalpi air jenuhm ketika air pada kondisi

  temperatur jenuh).

g       : sifat gas/uap jenuh (h_g adalah entalpi uap pada kondisi jenuh).

fg      :           tingkat campuran, perubahan air menjadi uap atau menyatakan panas laten (h_fg adalah entalpi yang dibutuhkan untuk merubah air menjadi kondisi uap jenuh).

Gambar 7 Tabel Uap Jenuh – Tabel Temperatur

Gambar 8 Tabel Uap Jenuh – Tabel Tekanan

Cara penggunaan :

1. Data primer yang diketahui adalah temperatur, maka gunakan Tabel Temperatur. Demikian juga jika data primer yang diketahui adalah tekanan, maka gunakan Tabel Tekanan.
2. Dari data primer lihat nilainya pada kolom pertama (paling kiri) kemudian tarik ke kanan untuk melihat data yang dicari. Data yang diperoleh yaitu :

a.    Tekanan/temperatur penguapan (sesuai jenis tabel yang digunakan)

b.    Volume spesifik (cairan/uap)

c.    Energi dalam (cairan/uap)

d.    Enthalpy (cairan/uap)

e.    Entropy (cairan/uap)

Contoh 1 :

Pada tekanan 30 bar (3 Mpa).

Carilah :

a. Titik didih

b. Entalpi spesifik

c. Volume uap spesifik

Jawab :

harga-harga tersebut dapat dicari secara langsung dan tabel uap, yaitu pada tekanan 30 bar. (tabel 3)

a. Titik didih (Ts) 233.8 °C

b. Entalpi uap spesifik (hg) = 2803 kj/kg

c. Volume uap spesifik (Vg) = 0.06665 m^3/hg

Contoh 2 :

Carilah :

a. Tekanan pendidih

b. Entalpi penguapan, serta

c. Volume uap jenuh

Jika kondisi dari uap tersebut berada pada temperatur 80 °C. (tabel 2)

Jawab :

a. Tekanan pendidihan (Ps) = 0,4736 bar

b. Entalpi penguapan (hfg) = 2308,3 kj/kg

c. Volume uap jenuh (Vg) = 3,408 m3/kg

sumber :http://ilmupembangkitlistrik.blogspot.com/2012/09/termodinamika-sifat-cairan-uap.html