Knowledge & Articles

Udara dan kelembaban udara (humidity)

Udara yang dimaksud adalah udara disekitar kita atau udara atmosfer, biasa disebut juga udara ambien. Udara pasti mengandung uap air yang dipengaruhi oleh lokasi, waktu dan suhu.

Kelembaban udara (humidity) = kandungan uap air yang terdapat dalam udara.

Udara memiliki kemampuan menyerap air dan menahannya dalam bentuk uap air, uap air yang tertahan di udara disebut kelembaban atau humidity. Jika suhu udara naik maka kemampuan menahan uap air semakin besar (semakin lembab), sebaliknya jika suhu udara turun maka kemampuan menahan uap air semakin kecil. 

Relative humidity (RH) atau kelembaban relatif = persentase kandungan uap air yang ditahan udara terhadap kandungan uap air maksimum yang bisa ditahan udara. 

Saturated air (RH 100%) atau udara jenuh = uap air yang ditahan udara sudah mencapai batas maksimumnya. 

Dew point atau titik embun = suhu udara sebelum kondensasi mulai terjadi. 

Atmospheric Dew point (ADP) = Dew point di udara atmosfer dengan tekanan 14,7 psi atau 1 bar. 

Kondensasi = proses uap air berubah menjadi cairan (mengembun). Kondensasi erat kaitannya dengan dengan kondisi udara RH 100%, karena kelebihan uap air tidak bisa ditahan oleh udara RH 100% dan akan berubah menjadi embun air. Kondensasi bisa terjadi dengan cara:

• Udara yang didinginkan.
• Udara yang dikompresi.
• Absorpsi. Proses kimiawi, uap air bersenyawa dengan kimia dan berubah menjadi cair.
• Adsorpsi. Proses fisika dimana udara melewati celah materi higroskopi berpori yang sangat baik menyerap air dan uap air. Uap air terikat di permukaan materi higroskopi tersebut dalam bentuk cair.

Ilustrasi 1: Pada siang hari akan terasa panas dan lembab, ini karena udara panas menahan banyak uap air (kelembaban tinggi). Pada waktu malam sampai sampai subuh suhu udara lebih dingin, maka kemampuan udara untuk menahan uap air berkurang. Karena di siang hari udara banyak menahan uap air, maka di malam hari ada sebagian uap air yang tidak bisa ditahan lagi oleh udara dingin dan berubah menjadi cairan kembali. Cairan tersebut bisa kita lihat dalam bentuk embun di atas daun atau di kaca mobil di pagi hari, proses ini disebut kondensasi atau pengembunan. 

Ilustrasi 2: Gelas berisi air es, lalu diletakan pada ruangan dengan suhu lebih tinggi dari suhu air es. Suhu ruangan lebih tinggi tentunya menahan uap air lebih banyak,  saat udara di ruangan itu bersentuhan dengan permukaan luar gelas maka suhu udara itu akan turun, kemampuan menahan uap air ikut turun, saat udara dingin sudah mencapai batas maksimal untuk menahan uap air, itulah Dew point. Lalu akan ada uap air yang tidak bisa ditahan udara akan berubah menjadi embun yang muncul di permukaan gelas dingin tadi.

Kelembaban di udara tekan

Udara tekan yang keluar dari air compressor bisa sangat lembab bahkan basah, karena proses kompresi udara sebagai berikut:

1. Air compressor menghisap udara atmosfer yang sudah pasti mengandung uap air.
2. Proses kompresi udara di mesin air compressor menghasilkan panas, jadi suhu udara tekan pasti lebih panas dari suhu udara ambient. Udara tekan yang panas tersebut dapat menahan uap air lebih banyak.
3. Saat udara dikompresi maka volume udara tekan tersebut menjadi lebih kecil. Untuk uap air tidak bisa terkompresi, uap air di udara tekan akan terkonsentrasi, ini membuat RH udara tekan menjadi 100% dan terjadi kondensasi.

Ilustrasi kelembaban di udara tekan:  Udara diibaratkan spon yang menyerap cairan, tetapi cairan tidak terlihat karena berada di dalam pori-pori spon, ini sama seperti uap air tidak terlihat saat ditahan udara.  Saat udara dikompresi itu seperti spon yang diperas maka volume spon menjadi kecil, tapi uap air tidak bisa dikompresi dan akan semakin terkonsentrasi sampai ada yang mengalir keluar dari spon. Tapi sekuat apapun kita memeras spon tetap ada sisa air yang tinggal di dalam spon, begitu juga selalu ada sisa uap air di udara tekan.  Untuk mengeringkan udara tekan lebih lanjut diperlukan air dryer.

Pressure Dew point (PDP)

Titik embun bertekanan atau Pressure Dew point (PDP) = Dew point pada udara yang tekanannya lebih tinggi dari tekanan udara atmosfer. Selain dipengaruhi suhu, PDP juga dipengaruhi nilai tekanan udara.

Pressure Dew point merupakan parameter utama yang digunakan oleh produsen air dryer untuk menghitung kandungan uap air yang ada di udara tekan secara akurat. Aturan Praktis: 

• Tekanan udara naik, volume udara menyusut, suhu Dew point ikut naik, RH 100%,udara tekan menjadi lebih lembab.
• Tekanan udara turun, volume udara membesar, suhu Dew point ikut turun, RH turun, udara tekan menjadi lebih kering.
• Suhu pressure Dew point bukan suhu udara tekan di outlet air dryer.
• Suhu udara tekan di outlet air dryer tidak bisa dijadikan acuan untuk perhitungan kandungan uap air di udara tekan.

Kenapa Produsen Air Dryer Menggunakan PDP sebagai Parameter Tingkat Kekeringan Udara Tekan?

1. PDP Menggambarkan Kandungan Uap Air di tekanan Operasional Udara tekan yang lebih tinggi dibandingkan tekanan udara atmosfer. Karena itu, jumlah uap air yang bisa dikandung udara tekan berbeda dengan udara atmosfer. Jika hanya menggunakan satuan gram uap air per meter kubik udara, maka nilai ini bisa berubah-ubah tergantung pada tekanan.
2. PDP lebih akurat karena langsung menunjukkan pada suhu berapa kondensasi terjadi dalam kondisi tekanan tertentu.
3. Dalam sistem udara tekan, masalah utama bukan hanya seberapa banyak uap air yang ada, tetapi kapan dan di mana uap akan mengembun menjadi cairan. PDP membantu pengguna mengetahui apakah ada risiko kondensasi di dalam sistem. Semakin rendah PDP, semakin kering udara tekan, sehingga lebih kecil kemungkinan terbentuknya air yang bisa merusak peralatan.
4. PDP digunakan sebagai standar internasional (ISO 8573-1) dalam mengklasifikasikan kualitas udara tekan. Semua produsen air dryer dan pengguna bisa dengan mudah memahami apakah sistem pengering mereka cukup efektif untuk aplikasi tertentu.

Kualitas udara tekan

Udara tekan yang keluar dari air compressor adalah udara tekan dengan kualitas buruk dan tidak cocok digunakan pada sebagian besar proses industri. Secara umum udara tekan bisa dikatakan berkualitas baik jika:

• Bersih dari kontaminasi partikel, oli dan hidrokarbon
• Suhunya sama dengan suhu atmosfir atau lebih dingin.
• Kering.

Penggunaan udara tekan di industri membutuhkan kualitas udara tekan yang berbeda-beda dan spesifik. ISO 8573-1:2010 adalah standar Internasional yang dipakai untuk menentukan kelas kualitas udara tekan berdasarkan 3 jenis kontaminan yaitu partikel, air, minyak atau oli.

Penjelasan kualitas udara tekan yang fokus pada tingkat kekeringan di udara tekan.

Air di udara tekan dapat menyebabkan banyak masalah di industri dan pasti menyebabkan pemborosan biaya, misalnya:

• Pipa udara tekan karatan atau terbentuk scale yang bisa menyebabkan pressure drop.      
• Proses produksi dengan cat atau coating bisa cacat.
• Komponen pneumatic, sensor, kelistrikan bisa rusak.                        
• Mengganggu proses produksi

Tabel kelas ISO 8573-1:2010 diatas tidak menampilkan parameter jumlah kandungan air atau persentase uap air yang terkandung di dalam udara tekan, tapi tabel tersebut menampilkan suhu pressure Dew point. 

Untuk mengetahui jumlah uap air di udara tekan harus menghitung RH, suhu dan tekanan. Semua data dan perhitungan akan bermuara pada Pressure dew point yang bisa dikonversi menjadi jumlah uap air di udara tekan secara akurat.

Compressed Air dryer

Compressed air dryer atau pengering udara tekan adalah aksesoris air compressor yang dipasang setelah air compressor, berfungsi untuk mengeringkan udara tekan dan membuang kondensat.

Ada 2 jenis pengering udara tekan yang umum digunakan:

Refrigerated Air Dryer

Pengering udara tekan dengan refrigerasi adalah yang paling populer karena kualitas udara tekan dengan PDP 2 – 10 ˚C paling umum dan banyak digunakan industri. 

Prinsip kerjanya mirip dengan kulkas atau AC. Udara tekan panas akan bertukar panas dengan freon dingin di evaporator, lalu udara tekan menjadi dingin hingga PDP 2 – 10 ˚C. 

Pada titik ini terjadi kondensasi dan cairan kondensat dipisahkan lalu dibuang melalui auto drain. Udara tekan kering kemudian dipanaskan kembali di air to air heat exchanger hingga suhunya mendekati suhu ambient, lalu udara tekan kering keluar dari outlet dryer. 

Desiccant Air Dryer

Desiccant air dryer bekerja dengan prinsip adsorpsi atau adsorption, yaitu suatu proses fisika pada udara tekan yang mengandung uap air bergerak melewati celah-celah diantara materi desiccant atau melewati pori-pori materi desiccant, lalu uap air akan terserap dan terikat di permukaan materi desiccant tersebut, saat sudah banyak uap air yang terikat akan terbentuk suatu lapisan tipis yang basah pada permukaan materi desiccant tersebut.

Materi desiccant yang sudah basah harus dikeringkan dan bisa digunakan kembali untuk menyerap uap air. Proses ini disebut regenerasi dan bisa diulang sampai ribuan kali. Materi desiccant yang biasa digunakan dalam Desiccant air dryer adalah butiran desiccant jenis Activated Alumina dan Molecular Sieve.

Baca artikel ini untuk memilih air dryer yang sesuai dengan kebutuhan anda.

Performa dan kapasitas Air dryer

Performa air dryer sangat dipengaruhi faktor eksternal. Agar bisa mencapai target ISO 8573 Class 4 atau PDP 3 ˚C maka operasional air dryer harus memenuhi 4 kondisi standar sebagai berikut :

• Inlet pressure 7 bar
• Inlet temperature 38 ˚C
• Ambient temperature 38 ˚C
• FAD air compressor < Capacity air dryer

Aturan praktisnya dengan rumus 100 Yaitu:

•     Inlet pressure 100 psi 
•     Inlet temperature 100 ˚F 
•     Ambient temperature 100 ˚F

Tetapi pada kenyataannya akan sulit air dryer untuk bisa memenuhi 4 kondisi standar tersebut, karena tekanan air compressor bervariasi dan suhu outlet air compressor adalah +10˚C(water cooled) ,+15˚C(air cooled) dari suhu ambien, jadi bisa dipastikan suhu inlet air dryer lebih dari 38˚C.

Solusi agar air dryer bisa mencapai target PDP yang sesuai dengan spesifikasi yaitu dengan menghitung correction factor. Dengan menghitung correction factor akan diketahui spesifikasi air dryer yang sesuai dengan kondisi aktual pemakaian dan bisa memenuhi target PDP. Setiap produsen air dryer pasti memiliki rumus dan tabel correction factor. 

F1 inlet temperature = Suhu udara tekan dari Compressor yang masuk ke Dryer
F2 Ambient temperature = Suhu udara atmosfer di sekitar Compressor
F3 Inlet pressure = Tekanan udara dari Compressor yang masuk ke Dryer
F4 Target PDP = Target suhu pressure dew point di Dryer

Rumus: Kapasitas air dryer yang benar = Kapasitas Nominal dryer x (F1 x F2 x F3 x F4)

Contoh: Air compressor dengan kapasitas 11 m3/min, 7 bar, air cooled.  Ambient temperature 35 c. Target PDP adalah 7 c.  Dengan parrameter ini maka outlet compressor atau inlet air dryer +15c  = 50 c. Kalau melihat dari spesifikasi catalog Dryer ION, Model RD13 seharusnya cukup dan mampu karena kapasitas nominal tertulis di catalog 13 m3/min. Tapi melihat kondisi operasional yang tidak sesuai standar maka harus menghitung correction factor. 

Setelah melihat tabel correction factor, Perhitungan : 13 x (0,83 x 1,03 x 1 x 0,85)  = 9,44 m3/min.

Jadi untuk dryer RD13 dengan parameter operasional tersebut, kapasitas dryer aktual turun menjadi 9,44 m3/min.  Kesimpulan: tidak cukup, tidak bisa mencapai target PDP 7c, dryer harus dibesarkan.

Konsultasikan kebutuhan Anda dengan PT. Biotech Indo Gemilang. Kami siap bantu Anda memilih solusi terbaik untuk kualitas udara tekan yang Anda butuhkan. Hubungi kami untuk konsultasi gratis atau kunjungan teknisi ke pabrik Anda.

PT. BIOTECH INDO GEMILANG

JKT. 0811 1127 816 

SBY. 0811 1126 816 

[email protected]

by Buddi Cahaya | CEO of PT. Biotech Indo Gemilang, CAGI-certified (Compressed Air and Gas Institute), expert with 20+ years in compressed air systems.