Air superheated adalah air yang masih berfase cair namun memiliki temperatur di antara titik didihnya yaitu 100oC sampai dengan temperatur kritisnya 374oC.
Pada ruangan bertekanan atmosfer, air yang berada pada temperatur
tersebut sudah pasti akan berubah fase menjadi uap air. Akan tetapi lain
halnya jika air berada di bawah tekanan yang sangat tinggi sehingga
secara alami ia memiliki temperatur saturasi yang lebih tinggi. Air superheater
berada pada tekanan di atas 1 bar hingga 220 bar. Prinsip ini
diaplikasikan pada boiler pembangkit listrik tenaga uap, dimana air yang
dipanaskan di dalamnya adalah air yang disupply oleh pompa bertekanan tinggi.
Diagram Fase Air
Berbagai sifat fisik maupun kimia dari suatu material akan berubah
sesuai dengan perubahan temperaturnya. Hal ini tidak terkecuali dengan
air, air mengalami berbagai perubahan karakteristik yang bahkan lebih
besar perubahannya dibandingkan dengan material-material lain. Berbagai
sifat anomali air adalah disebabkan oleh kuatnya ikatan antar atom
hidrogen air. Pada kondisi temperatur superheater ikatan-ikatan hidrogen tersebut akan putus dan memberikan perubahan signifikan atas sifat-sifat kimia air.
Berikut adalah perubahan-perubahan sifat fisika maupun kimia air pada kondisi liquid superheated:
Viskositas
Viskositas atau derajat kekentalan setiap fluida termasuk air akan selalu turun nilainya seiring dengan kenaikan temperatur. Hal ini disebabkan karena jika temperatur naik, setiap molekul fluida akan bergerak lebih cepat, sehingga interaksi antar molekul fluida tersebut akan lebih pendek waktunya. Jika interaksi antar molekul terjadi secara cepat, tegangan antar molekul pun akan lebih rendah. Dan jika tegangan antar molekul rendah, nilai viskositas fluida juga akan turun.
Viskositas atau derajat kekentalan setiap fluida termasuk air akan selalu turun nilainya seiring dengan kenaikan temperatur. Hal ini disebabkan karena jika temperatur naik, setiap molekul fluida akan bergerak lebih cepat, sehingga interaksi antar molekul fluida tersebut akan lebih pendek waktunya. Jika interaksi antar molekul terjadi secara cepat, tegangan antar molekul pun akan lebih rendah. Dan jika tegangan antar molekul rendah, nilai viskositas fluida juga akan turun.
Perubahan Viskositas Air Pada Berbagai Temperatur
(Sumber)
(Sumber)
Difusifitas
Difusifitas adalah sebuah satuan yang menunjukan ukuran kemampuan molekul-molekul ataupun energi pada sebuah meterial untuk berpindah secara difusi, yang ditunjukkan dengan konduktifitas termal dibagi dengan kapasitas termal spesifik dan massa jenis. Difusifitas air dan juga material lain sangat dipengaruhi oleh temperatur, dimana semakin tinggi temperatur sebuah material maka akan semakin tinggi pula nilai difusifitasnya.
Difusifitas adalah sebuah satuan yang menunjukan ukuran kemampuan molekul-molekul ataupun energi pada sebuah meterial untuk berpindah secara difusi, yang ditunjukkan dengan konduktifitas termal dibagi dengan kapasitas termal spesifik dan massa jenis. Difusifitas air dan juga material lain sangat dipengaruhi oleh temperatur, dimana semakin tinggi temperatur sebuah material maka akan semakin tinggi pula nilai difusifitasnya.
Kapasitas Kalor Spesifik
Kapasitas kalor adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan sebuah benda untuk merubah temperaturnya. Kapasitas kalor spesifik adalah kapasitas kalor per satu satuan massa. Kapasitas kalor air berubah seiring dengan perubahan temperatur yang terjadi. Pada tekanan konstan, kapasitas kalor spesifik air naik apabila temperatur air naik.
Kapasitas kalor adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan sebuah benda untuk merubah temperaturnya. Kapasitas kalor spesifik adalah kapasitas kalor per satu satuan massa. Kapasitas kalor air berubah seiring dengan perubahan temperatur yang terjadi. Pada tekanan konstan, kapasitas kalor spesifik air naik apabila temperatur air naik.
Nilai Kapasitas Kalor Spesifik Air Pada Berbagai Temperatur
Konstanta Dielektrik
Konstanta dielektrik atau juga dikenal dengan istilah permitivitas listrik, adalah sebuah konstanta yang menunjukkan rapatnya garis-garis gaya elektrostatik suatu material, jika material tersebut diberi potensial listrik. Molekul-molekul material yang sifatnya polar, memiliki nilai konstanta dielektrik yang tinggi. Begitu pula sebaliknya, molekul material non-polar memiliki nilai konstanta dielktrik rendah.
Konstanta dielektrik atau juga dikenal dengan istilah permitivitas listrik, adalah sebuah konstanta yang menunjukkan rapatnya garis-garis gaya elektrostatik suatu material, jika material tersebut diberi potensial listrik. Molekul-molekul material yang sifatnya polar, memiliki nilai konstanta dielektrik yang tinggi. Begitu pula sebaliknya, molekul material non-polar memiliki nilai konstanta dielktrik rendah.
Air menjadi salah satu material yang sifatnya sangat polar, karena kutub positif dan negatif dari atom-atom penyusun molekul H2O
berada dalam jarak yang jauh. Sifat polar sebuah material identik
dengan nilai konstanta dielektriknya, semakin polar material tersebut
akan semakin tinggi pula nilai konstanta dielektriknya. Air memiliki
nilai konstanta dielektrik 80,10 pada temperatur 20oC dan menjadi hanya 7 pada temperatur kritisnya. Hal ini menunjukkan bahwa kenaikan temperatur air superheater akan menurunkan nilai konstanta dielektriknya sekaligus turunnya sifat polar air.
Solubility
Air yang berada dalam kondisi superheater akan memudahkan senyawa-senyawa organik maupun anorganik untuk larut ke air. Hal ini disebabkan karena temperatur air yang sangat tinggi akan membuat senyawa-senyawa tersebut menjadi bersifat polar, sehingga akan menjadi mudah larut ke air. Bahkan senyawa-senyawa organik yang sifatnya tidak mudah larut akan menjadi mudah larut jika bertemu dengan air superheater.
Air yang berada dalam kondisi superheater akan memudahkan senyawa-senyawa organik maupun anorganik untuk larut ke air. Hal ini disebabkan karena temperatur air yang sangat tinggi akan membuat senyawa-senyawa tersebut menjadi bersifat polar, sehingga akan menjadi mudah larut ke air. Bahkan senyawa-senyawa organik yang sifatnya tidak mudah larut akan menjadi mudah larut jika bertemu dengan air superheater.
Selain senyawa organik dan anorganik, air juga menjadi sangat mudah melarutkan molekul-molekul gas jika berada dalam kondisi superheater. Nitrogen misalnya akan larut ke air superheater bertekanan, pada temperatur minimum 74oC. Sedangkan oksigen akan larut pada temperatur di atas 94oC. Namun jika air sudah melewati temperatur kritisnya, semua jenis gas akan sepenuhnya membentuk larutan yang homogen.
Ionisasi Air
Pada kondisi superheated, air semakin mudah untuk mengalami ionisasi sendiri (self ionization). Pada temperatur tinggi ini air akan dengan mudah terionisasi membentuk H3O+ dan OH-. Terbentuknya dua ion tersebut ditandai dengan turunnya nilai pH air sekalipun sifat air yang masih netral karena jumlah yang sama antara ion positif dengan negatif.
Pada kondisi superheated, air semakin mudah untuk mengalami ionisasi sendiri (self ionization). Pada temperatur tinggi ini air akan dengan mudah terionisasi membentuk H3O+ dan OH-. Terbentuknya dua ion tersebut ditandai dengan turunnya nilai pH air sekalipun sifat air yang masih netral karena jumlah yang sama antara ion positif dengan negatif.
Korosifitas
Air superheater yang terionisasi pada temperatur tinggi akan menghasilkan ion OH- yang bersifat korosif. Apalagi jika kandungan oksigen terlarut di dalam air berada dalam jumlah yang besar, maka air tersebut akan semakin bersifat korosif. Sifat korosif air superheater tidak selalu berdampak negatif, pada boiler misalnya, jika kondisi air dikontrol dengan baik maka terbentuknya lapisan magnetit — sebagai hasil oksidasi air terhadap logam pipa boiler — pada permukaan kontak pipa boiler dengan air justru akan berfungsi untuk mencegah korosi yang lebih parah. Dan baru-baru ini sebuah penelitian di Universitas Nasional Singapura menyimpulkan bahwa air yang berada pada temperatur 400oC mampu mengkorosi berlian.
Air superheater yang terionisasi pada temperatur tinggi akan menghasilkan ion OH- yang bersifat korosif. Apalagi jika kandungan oksigen terlarut di dalam air berada dalam jumlah yang besar, maka air tersebut akan semakin bersifat korosif. Sifat korosif air superheater tidak selalu berdampak negatif, pada boiler misalnya, jika kondisi air dikontrol dengan baik maka terbentuknya lapisan magnetit — sebagai hasil oksidasi air terhadap logam pipa boiler — pada permukaan kontak pipa boiler dengan air justru akan berfungsi untuk mencegah korosi yang lebih parah. Dan baru-baru ini sebuah penelitian di Universitas Nasional Singapura menyimpulkan bahwa air yang berada pada temperatur 400oC mampu mengkorosi berlian.
Kebutuhan Energi
Energi yang dibutuhkan untuk membentuk air superheater lebih rendah daripada membentuk uap air. Sebagai ilustrasi mari kita perhatikan tabel properti uap air atau bisa juga menggunakan tabel online pada link berikut ini. Untuk membentuk uap air dari air bertemperatur 25oC ke uap air 250oC pada 1atm membutuhkan 2869 kJ/kg. Sedangkan untuk membentuk air superheater bertemperatur 250oC dari air bertemperatur 25oC dan tekanan 50 bar hanya membutuhkan energi panas sebesar 976 kJ/kg.
Energi yang dibutuhkan untuk membentuk air superheater lebih rendah daripada membentuk uap air. Sebagai ilustrasi mari kita perhatikan tabel properti uap air atau bisa juga menggunakan tabel online pada link berikut ini. Untuk membentuk uap air dari air bertemperatur 25oC ke uap air 250oC pada 1atm membutuhkan 2869 kJ/kg. Sedangkan untuk membentuk air superheater bertemperatur 250oC dari air bertemperatur 25oC dan tekanan 50 bar hanya membutuhkan energi panas sebesar 976 kJ/kg.
Sumber:
- wikipedia.org
- ScienceDaily.com
- http://artikel-teknologi.com/sifat-sifat-air-superheated/2/
Tidak ada komentar:
Posting Komentar