TUGAS AKHIR ANALISA FENOMENA BUBBLING DAN FLUIDISASI PADA ALAT UJI FLUIDISASI SKALA LABOLATORIUM
Diajukan sebagai salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar sarjana Teknik
Disusun Oleh: Nama
: WIRYA ATMAJA
Nim
: 01301 – 132
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2007
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA LEMBAR PERNYATAAN Saya yang bertanda tangan di bawah ini : Nama
: Wirya Atmaja
NIM
: 01301-132
Jurusan
: Teknik Mesin
Fakultas
: Teknologi Industri
Tugas Akhir
: Analisa Fenomena Bubbling dan Fluidisasi Pada Alat Uji Fluidisasi Skala Labolatorium
Dengan ini menyatakan bahwa hasil penulisan Tugas Akhir yang telah saya buat ini merupakan hasil karya sendiri, kecuali pada hal-hal yang disebutkan sumbernya. Apabila ternyata dikemudian hari penulisan Tugas Akhir ini ini merupakan hasil plagiat atau penjiplakan terhadap karya orang lain, maka saya bersedia mempertanggungjawabkan sekaligus bersedia menerima sanksi berdasarkan aturan tata tertib di Universitas Mercu Buana. Demikian, pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tidak dipaksakan. Jakarta,
Juli 2007
Penulis,
Wirya Atmaja
i
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA LEMBAR PENGESAHAN
Judul : ANALISA FENOMENA BUBBLING DAN FLUIDISASI PADA ALAT UJI FLUIDISASI SKALA LABOLATORIUM
Nama
: Wirya Atmaja
NIM
: 01301-132
Jurusan
: Teknik Mesin
Fakultas
: Teknologi Industri
Tugas ini telah diperiksa dan diterima :
Jakarta,
Juli 2007
Pembimbing Tugas Akhir
( Nanang Ruhyat, ST, MT )
ii
ABSTRAK
Konsep bed terfluidisasi telah banyak diaap;likasikan oleh dunia industri, terutama industri kimia. Konsep ini telah memberikan damapk yang positif baik dari segi hasil proses maupun emisi. Dalam aplikasinya sebagai proses maupun emisinya. Dalam aplikasinya sebagai proses mula untuk pasir mempercepat proses pasir dan emisi gas buangnya telah mengurang dampak polusi. Pengujian bed terfluidisasi dengan mamakai tiga jenis pasir yaitu : bali, alam, dan malang dengan dua variasi diameter 0,8 s/d 4 dan 1 s/d 1,2 mm. Pengukuran dilakukan yang berbeda terhadap kecepatan fluidisassi minimum. Kecepatan fluidisasi jatuh tekanan terhadap kecepatan fluida. Kemudian kecepatan fluidisasi minimum ketiga pasir dibandingkan pasir alam dan pasir malang lebih mudah terfluidisasi dibandingkan pasir alam dan pasir malang lebih mudah terfluidisasi dibandingkan pasir lain. Untuk pasir yang sejenis tetapi berbeda diameter di dapatkan bahwa yang berdiameter 0.18 s/d 1.2 4m lebih mudah terfluidisasi dibandingkan yang berdiameter 1 s/d 1.2
4m. Sehingga dapat diketahui bahwa ukuran diameter
mempengaruhi fluidisasi minimum. Semakin kecil ukuran diameter maka semakin mudah terfluidisasi.
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat-Nya sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Adapun penyusunan tugas akhir ini adalah untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi sarjana di Jurusan Mesin Fakultas Teknologi Universitas Mercu Buana. Beserta ini, penyusun ingin mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah memberi bantuan dan arahan secara langsung maupun tidak langsung dalam menyelesaikan tugas akhir ini : 1. Bapak Ir. Yuriadi Kusuma, selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri. 2. Bapak Ir. Rully Nutranta, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri. 3. Bapak Nanang Ruhyat, ST, MT, selaku Pembimbing yang telah meluangkan waktunya dalam membimbing dan memberikan pengarahan penulisan Tugas Akhir ini sampai selesai. 4. Para Dosen Jurusan Teknik Mesin, atas ilmu, bimbingan serta pengajarannya selama mengikuti perkuliahan. 5. Orangtua penulis, yang telah mendukung finansial, doa dan pengertiannya. 6. Rekan-rekan mahasiswa UMB angkatan 2001 : Jajat Sudrajat, Ucok, Saipul, Jamal Aris, Heri Kurniawan, Soleh, Bambang Mujiarto, Brata Umbara, Bastari, Heri winoto yang telah berbagi suka dan duka selama masa perkuliahan. 7. Maemunah yang telah membantu penulis dalam perbaikan Tugas Akhir ini.
iv
Penulis juga menyadari selaku manusia tak pernah luput dari kesalahan dan kekurangan, oleh karena itu penulis menerima segala saran dan kritik. Dan mohon maaf yang sebesar-besarnya jika dalam penulisan Tugas Akhir ini telah menyibukkan banyak pihak. Akhir kata penulis berharap kiranya Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin serta pembaca sekalian umumnya.
Jakarta,
Juli 2007
Penulis
v
DAFTAR ISI
LEMBAR PERNYATAAN ......................................................................................i LEMBAR PENGESAHAN ......................................................................................ii ABSTRAK ................................................................................................................iii KATA PENGANTAR ..............................................................................................iv DAFTAR ISI .............................................................................................................vi DAFTAR TABEL .....................................................................................................ix DAFTAR GAMBAR ................................................................................................x BAB I
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah .................................................................1 1.2 Maksud dan Tujuan ........................................................................2 1.3 Pembatasan Masalah ......................................................................2 1.4 Metode Penulisan ...........................................................................3 1.5 Sistematika Penulisan ....................................................................5
BAB II
DASAR TEORI 2.1 Pengertian Fluidisasi .....................................................................6 2.2 Hidrodinamika Unggun Terfluidisasi ...........................................10 2.3 Kecepatan Minimum Fluidisasi ....................................................12 2.4 Evaluasi Parameter di Dalam Peristiwa Fluidisasi ........................13 2.4.1 Batas Partikel .....................................................................13 2.4.1.1
Densitas Partikel ..................................................14
2.4.1.2
Bentuk Partikel ....................................................15
vi
2.4.1.3
Ukuran Partikel ...................................................15
2.4.2 Porositas Bed ......................................................................17 2.4.3 Porositas Unggun ...............................................................17 2.4.4 Gaya Antar Partikel ............................................................18 2.4.5 Daerah Batas Fluidisasi (Fluidization Regimes) ................18 2.4.6 Jatuh Tekanan (Pressure Drop) .........................................19 2.5 Perilaku Gelembung dan Ketinggian Bed .....................................20 2.5.1 Perilaku Gelembung ...........................................................20 2.5.2 Ketinggian Bed ...................................................................22 2.6 Campuran Gas dan Padatan dalam Bed yang Terfluidisasi ..........22 2.6.1 Pola Aliran Gas ..................................................................22 2.6.2 Pola Aliran Padatan ............................................................22 2.6.3 Kecepatan Superficial ........................................................22 2.7 Aplikasi Bed Terfluidisasi ............................................................24 2.7.1 Reaksi Kimia ......................................................................24 2.7.1.1
Katalis Pereaksi ...................................................24
2.7.1.2
Non Katalis Pereaksi ...........................................26
2.7.2 Perpindahan Udara .............................................................26 2.7.3 Pelapisan ............................................................................27 BAB III
PENGUJIAN 3.1 Deskripsi Alat Uji .........................................................................28 3.2 Spesifikasi Alat Uji .......................................................................29 3.3 Prosedur Pengujian .......................................................................31
vii
3.4 Batasan Pengujian .........................................................................32 BAB IV
PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA 4.1 Perhitungan Data ...........................................................................33 4.1.1 Luas Penampang Bed .........................................................33 4.1.2 Tinggi Hamparan Pasir yang Diteliti .................................34 4.2 Pengujian Fluidisasi ......................................................................38 4.2.1 Pengujian Pasir Malang ......................................................38 4.2.2 Pengujian Pasir Alam .........................................................39 4.2.3 Pengujian Pasir Bali ...........................................................40 4.3 Pengujian Bubbling .......................................................................44 4.3.1 Pasir Malang ......................................................................44 4.3.2 Pasir Alam / Batu Alam .....................................................44 4.3.3 Pasir Bali ............................................................................45
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ...................................................................................49 5.2 Saran ..............................................................................................50
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Pasir Malang ............................................................................................ 38 Tabel 4.2 Pasir Alam ................................................................................................ 39 Tabel 4.3 Pasir Bali .................................................................................................. 40
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Model Fluidisasi Gelembung oleh Toomey & Johnstone .................... 8 Gambar 2.2 Fenomena Fluidisasi ............................................................................. 10 Gambar 2.3 Jatuh Tekanan Vs Kecepatan Fluida .................................................... 11 Gambar 2.4 Gaya-gaya Yang Bekerja Pada Partikel ............................................... 12 Gambar 2.5 Hidrodinamika Partikel ........................................................................ 14 Gambar 2.6 Perbedaan Gambaran Bentuk Partikel Yang Tidak Teratur ................. 16 Gambar 2.7 Batasan Partikel .................................................................................... 16 Gambar 2.8 Perilaku Unggun ................................................................................... 20 Gambar 2.9 Fluid Cracking Unit .............................................................................. 24 Gambar 2.10 Acrylic ................................................................................................ 25 Gambar 2.11 Kalsinasi ............................................................................................. 26 Gambar 3.1 Skema Alat Uji ..................................................................................... 28
x
TUGAS AKHIR ANALISA FENOMENA BUBBLING DAN FLUIDISASI PADA ALAT UJI FLUIDISASI SKALA LABOLATORIUM
Diajukan sebagai salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar sarjana Teknik
Disusun Oleh: Nama
: WIRYA ATMAJA
Nim
: 01301 – 132
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2007
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah Beberapa proses dalam industri menggunakan diantaranya memanfaatkan kontak antara benda padat dengan fluida cair maupun gas, yang menggunakan fenomena fluidisasi terutama pada industri kimia. Secara garis besar penggunaan prinsip fluidisasi adalah sebagai berikut : 1.
Reaksi kimia, sebagai katalis dan bukan katalis.
2.
Kontak fisik, diantaranya; a.
Perpindahan panas •
Untuk dan dari unggun terfluidisasi
•
Antara gas dan padatan
•
Kontrol temperatur
•
Diantara titik pada unggun
b.
Pencampuran partikel padat
c.
Pencampuran gas
d.
Pengeringan • Padatan • Gas
3.
Pembesaran ukuran. (size enlargement)
4.
Pengurangan ukuran (size reduction)
Maka dari harapan tersebut penulis bermaksud untuk menjabarkan tugas akhir ini dengan menuangkan ide, keinginan dan kesungguhan untuk memilih konsentrasi pada bidang konstruksi mesin dengan objek utama
Fenomena
Bubbling dan Fluidisasi Pada Alat Uji Fluidisasi Skala Labolatorium dengan penggerak utama motor blower. Pada umumnya pembuatan Fenomena bubbling dan fluidisasi pada alat uji fluidisasi beraneka ragam kegunaannya, dari bentuk sederhana sampai bentuk
yang moderen, ada yang terbuat dari besi baja, kaca dan ada yang dibuat dari fiber .
1.2 Maksud dan Tujuan Maksud dan tujuan penelitian tugas akhir ini adalah : Menganalisa fenomena bubbling dan fluidisasi pada alat uji fluidisasi skala laboratorium.
1.3 Pembatasan Masalah Masalah yang akan dibahas penulis pada tugas akhir ini adalah tentang Fenomena Bubbling dan Fluidisasi Pada Alat Uji Fluidisasi Skala Labolatorium Batasan-batasan pembahasan dan perhitungan tugas akhir ini diantaranya adalah sebagai berikut: a. Bubbling dan Fluidisasi pada beberapa jenis pasir media pentransfer.
1.4 Metode Penulisan Metode penulisan yang digunakan oleh penulis dalam menyusun tugas akhir ini berguna untuk memperjelas pembahasan dari masing-masing masalah. Metode penulisan tersebut terdiri dari: a. Metode Kepustakaan Metode ini digunakan oleh penulis untuk mengumpulkan data-data sekunder, yaitu dengan cara membaca buku-buku dan mengambil inti sari yang berhubungan dengan tugas akhir ini dan beberapa sumber tilisan lainnya.
b. Metode Deduktif Metode yang menguraikan bahasan dari hal yang umum kepada hal yang khusus sehingga dapat diambil suatu keputusan. c. Diskusi Metode ini dipakai penulis untuk mengumpulkan data-data primer dan datadata sekunder dengan mengadakan diskusi dengan teman-teman dan orangorang yang memiliki wawasan tentang perancangan bangunan alat uji fluidisasi ini.
Tujuan Penelitian:
PERSIAPAN PENELITIAN Landsman Teori
Perancangan
Awal Blower Fluidisasi Bed Identifikasi Variabel-
Identifikasi
Variabel Penelitian:
Elemen-Elemen
o
Model
Alat fluidisasi
o
Material
Pasir
STUDI PENDAHULUAN Studi Dokumentasi o Pustaka
Obserpasi Objek Penelitian
PERANCANGAN FLUIDISASI Survey Lokasi dan Penempatan Lokasi Pabrikasi
o Website-Internet
Pemilihan Rancangan
Verifikasi Rancangan
Identifikasi Komponen-
Perakitan atau Rancangan Alat
komponen Rancangan
KESIMPULAN
PENGUJIAN AWAL
Hasil Pengujian dan kendalaRunning Test
kendala Pengujian
Kriteria
Kondisi
Keberhasilan Alat
Setelah
Fluidisasi
Pengujian Awal Sarana Perbaikan
Perbaikan dan
Perhitungan
Modifikasi
Tingkat
Alat
Keberhasilan
FLOWCHART
1. 5 Sistematika Penulisan Untuk memudahkan proses penulisan dan pembahasan perancangan ini penulis membuat sistematika penulisan berdasarkan data yang didapat sebagai berikut:
BAB I
PENDAHULUAN Pada bab ini akan menjelaskan latar belakang penulisan, tujuan penulisan,
pembatasan
masalah,
metodologi
penulisan,
sistematika penulisan. BAB II
TEORI DASAR Berisikan tentang teori dasar fluidisasi dan fenomena bubbling.
dan
BAB III
PENGUJIAN Dari bab ini dibahas tentang deskripsi alat uji, spesifikasi alat uji, prosedur pengujian dan batasan pengujian.
BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA Pada bab ini berisikan tentang contoh perhitungan dan metode perhitungan
untuk
menentukan
kecepatan
fluidisasi
pasir
perbandingan massa jenis dan kecepatan fluidisasi pasir. BAB V
PENUTUP Pada bab ini berisikan tentang kesimpulan-kesimpulan dari seluruh hasi bahasan thesis ini dan disertai saran-saran pengembangan.
BAB II DASAR TEORI
2.1
Pengertian Fluidisasi
Fluidisasi adalah suatu fenomena dimana partikel padat terkondisi seperti fluida ketika dikenai dorongan udara. Proses fluidisasi terbentuk oleh 3 tahapan, yaitu : A. Fluidisasi Partikulat (Particulate Fludization) Dalam fludisasi padatan pasir dan air, partikel-partikel itu bergerak menjauh satu dengan yang lainnya, dan gerakannya bertambah hebat dengan bertambahnya kecepatan, tetapi densitas bed rata-rata pada suatu kecepatan tertentu sama di segala arah bed. Proses ini disebut fludisasi partikulat yang bercirikan ekspansi bed yang cukup besar tetapi seragam pada kecepatan yang cukup tinggi (McCabe, 1991:163). Pada fludisasi partikulat ekpansi yang terjadi adalah seragam, dan persamaan Ergun yang berlaku untuk bed yang agak mengembang . andaikan aliran diantara partikel-partikel itu adalah laminar, maka persamaan untuk bed yang mengalami ekspansi : 3
1
=
g(
150Uµ b
f
)
2 s
D p2
Ketika fluida cairan seperti air dan padatannya berupa kaca, gerakan dari partikel saat fluidisasi terjadi dalam ruang sempit dalam bed. Seiring dengan bertambahnya kecepatan fluida dan jatuh tekanan, maka bed akan terekspansi dan oergerakan partikel semakin cepat. Jalan bebas rata-rata suatu partikel diantara tubrukan-tubrukan dengan partikel lainnya akan bertambah besar dengan meningkatnya kecepatan fluida, dan akibatnya porositas bed akan meningkat pula. Ekspansi dari bed ini akan diikuti dengan
meningkatnya kecepatan fluida sampai setiap
partikel bertindak sebagai suatu individu. Proses ini dikenal sebagai fluidisasi partikulat (Brown, 1955:269).
B. Fluidisasi Agregat (Agregative Fludization) atau Fludisasi Gelembung (Bubbling Fludization) Bed zat padat yang terfludisasi dalam udara biasanya menunjukkan fludisasi yang dikenal sebagai fludisasi agregat atau fluidisasi gelembung. Fludisasi ini terjadi jika kecepatan gas diatas kecepatan fludisasi minimum dimana bed bubbling dan ringga-ringga seperti gelembung
uap
akan
membangkitkan
sirkulasi
partikel
bed
(McCabe,dkk, 1991:163). Pengembangan volume bed dalam fludisasi gelembung terutama disebabkan oleh volume yang dipakai oleh gelembung gas, karena fase rapat
pada umumnya tidak berekspansi dengan peningkatan aliran
(McCabe, dkk, 1991 : 167). Dalam penurunan berikut ini aliran gas
melalui fase rapat diandaikan sama dengan Vom dikalikan dengan fraksi bed yang diisi ioleh fase rapat, ditambah sisa aliran gas yang dibawa oleh gelembung. Jadi dapat dinyatakan dengan rumus :
Gbr. 2.1. Model fluidisasi gelembung oleh Toomey & Johnstone Beberapa serbuk halus yang difluidisasi dengan gas menunjukkan gejala fludisasi partikular dalam jangkau kecepatan terbatas di sekitar titik fludisasi minimum. Jika kecepatan ditingkatkan, hamparan mengembang secara seragam sehingga akhirnya gelembung-gelembung mulai terbentuk, dan apabila kecepatan ditingkatkan sampai melewati
titik gelembung, hamparan itu akan berangsur-angsur mengempis kembali, tetapi akan mengembung kembali (Brown, 1955:269). Dalam fluidisasi agregat fluida akan membuat gelembung pada padatan bed dalam tingkah laku yang khusus. Gelembung fluida meningkat melalui bed dan pecah pada permukaan unggun dan akan terjadi “Splashing” dimana partikel bed akan bergerak ke atas. Seiring dengan meningkatnya kecepatan fluida, perilaku gelembung akan bertambah besar (Brown, 1955 : 269) Kriteria untuk fluidisasi partikulat dan agregat dapat ditentukan dengan bilangan Froude : =
v2 yang gD p
dipakai untuk menentukan apakah suatu sistem akan terfluidisasi partikulat atau terfluidisasi agregat. Bilangan froude dapat dilihat pada tabel 1 pada lampiran (Brown, 1955:270)
C. Fludisasi Kontinu (Continuous Fluidization) Bila kecepatan fluida melalui hamparan zat padat cukup besar, semua partikel dalam hamparan itu akan terbawa ikut oleh fluida hingga memberikan suatu fludisasi kontinu. Prinsip fludisasi ini terutama diterapkan dalam pengangkutan zat padat dari suatu titik ke titik lain dalam pabrik pengeolahan, disamping ada beberapa reaktor gas zat padat lama, yang bekerja dengan prinsip ini, contohnya adalah dalam transportasi lumpur dan transportasi pneumatic (McCabe, dkk, 1991:169).
II.2. Hidrodinamika Unggun Terfluidisasi Ketika fluida yang dilewatkan pada bed , tekanan yang hilang (jatuh tekanan/pressure drop) pada fluida karena adanya gaya gesek yang meningkat dengan meningkatnya kecepatan fluida. Besarnya gaya gesek sebanding dengan gaya seret tetapi arahnya berlawanan terhadap gaya gesek, searah dengan arah aliran fluida yang mengalir. Gaya ini disebabkan oleh tahanan gesek dari seret bentuk (form drag) dan seret tekanan (pressure drag) (Raldi. A.. Koestoer 1999:61). Pada titik yang dicapai ketika gaya gesek (gaya seret) yang disebabkan fluida sama dengan berat bed . Partikel yang ditinggalkan fluida mengalami pemisahan terhadap yang lain juga sebanding dengan jatuh tekanan (lihat gambar 2.4) dan sama dengan berat sebenarnya partikel perluas daerah bed.
Bed pressure drop,
A C B
A= B= C= O
Umf
Gas valocity, U
Gbr. 2.3. Jatuh tekanan Vs Kecepatan fluida (Marthin Rhodes)
Pada grafik diatas terlihat adanya hubungan kedua gaya seret (drag force), gaya seret bentuk dipengaruhi oleh tekanan dan gaya seret kulit dipengaruhi oleh kecepatan. Jatuh tekanan dapat dihitung sebagai berikut : Berat partikel-partikel yang terangkat Jatuh tekanan = Luasan Bed Dengan kerapatan bed partikel
p,
kerapatan fluida
f,
kedalaman bed
(tinggi bed ) H, Porositas , Luasan Bed A : p= Atau
HA(1
)(
p
f
)g
(2.1)
A p = H (1
)(
p
f
)g
(2.20
Jatuh tekanan melalui
bed terhadap kecepatan superficial fluida yang
melalui bed dapat dilihat pada gambar 2.3 (kecepatan superficial adalah kecepatan aliran jika tabung kosong). Pada OA, partikel tidak bergerak yang relatif terhadap yang lainnya dan pemisahan berlangsung konstan. Jatuh tekanan terhadap kecepatan fluida dihubungkan oleh persamaan Ergun.
(
p) H
(1 = 150
)2 µU 3
x 2 sv
+ 1,75
(1
) 3
f
x sv
U2
(2.3)
Pada BC bagian bed terfluidisasi sesuai dengan persamaan 2.1. pada A tersebut akan diperhatikan bahwa jatuh tekanan dapat dihitung mellaui persamaan 2.1.
Gbr. 2.4 Gaya-gaya yang bekerja pada partikel (Prabir Basu, CFBB Appendix 1)
II.3. Kecepatan Minimum Fluidisasi
Kecepatan superficial fluida pada bed menjadi unggun terfluidisasi diketahui sebagai kecepatan fluidisasi minimum, Umf. Disebut juga kecepatan mulainya fluidisasi. Umf bertambah dengan ukuran partikel,
kerapatan partikel dan pengaruh muatan fluida. Dapat kita perhitungkan Umf pada persamaan 2.2. dan juga jatuh tekanan pada unggun. Dnegan mensubstitusikan (- p) pada persamaan 2.2. dengan persamaan 2.3. maka didapat persamaan :
(1
)(
p
f
)g = 150 (1
)2 µU 3
x 2 sv
+ 1,75
(1
) 3
f
U2
(2.4)
x sv
Dirubah menjadi
(1
150
)(
p
(1
f
)2
)g = µ2
3 f
x
3
U mf x sv
+ 1,75
f
µ
sv
(1
)
µ2
3 f
x
U 2 mf x 2 sv
3
µ
sv
2
2
f
(2.5)
Dan juga
(1
)(
p
f
Atau Ar = 150
x 3 sv
)g
f
(1
)2 Re
µ
3
= 150
2
mf
(1
+ 1,75
3
)2 Re
3
) Re 2
(1
mf
+ 1,75
(1 3
) Re 2
mf
(2.6)
(2.7)
mf
II.4. Evaluasi Parameter di Dalam peristiwa Fluidisasi
II.4.1. Batas partikel Partikel diklasifikasikan berdasarkan
bagaimana partikel tersebut
terfluidisasi dalam udara pada kondisi tertentu. Hal ini dapat dilihat pada gambar 2.7 (Kirk Othmer, 1994:145).
II.4.1.1. Densitas partikel Padatan dapat dibedakan atas tiga densitas, yaitu bulk, skeletal dan particle. Densitas bulk merupakan pengukuran berat dari keseluruhan partikel dibagi dengan volume partikel. Pengukuran ini menyertakan factor kekosongan diantara partikel dan kekosongan dalam pori-pori partikel. Skeletal/densitas padatan sesungguhnya adalah densitas dari suatu padatan jika porositasnya nol. Dalam perhitungan fluidized bed biasanya menggunakan densitas partikel
p
dimana merupakan berat dari suatu
partikel dibagi volumenya dan menyerahkan lubang atau pori-pori. Jika tidak ada nilai untuk densitas partikel, maka pendekatan untuk densitas partikel dapat diperoleh dengan membagi dua densitas bulk (kirk Othmer, 1994:142).
II.4.1.2. Bentuk Partikel Untuk partikel yang tidak berbentuk bola harus dilakukan koreksi untuk menyatakan bentuk sebenarnya terhadap bentuk bola. Faktor ini dikenal dengan faktor bentuk atau derajat kebolaan (Sphericity). Didefinisikan yaitu : Luas Permukaan bola pada volume tertentu Cs = Luas Permukaan partikel pada volume yang sama
Dengan : Cs = 1 , untuk partikel yang berbentuk bola Cs < 1, untuk partikel selain berbentuk bola II.4.1.3. Ukuran Partikel Padatan dalam bed yang berfluidisasi tak pernah sama dalam ukuran dan mengacu pada distribusi ukuran partikel tersebut. Untuk menghitung ukuran partikel rata-rata dengan menggunakan diameter rata-rata permukaan (dsv) (Kirk Othmer, 1994:141).
d sv = 1
(x
i
/ d pi )
Keterangan : dp = diameter partikel rata-rata yang secara umum digunakan untuk desain dsv = diameter dari suatu bidang.
Gbr. 2.6 Perbedaan gambaran bentuk partikel yang tidak teratur (prabir Basu CFBB)
Diameter ini adalah sama dengan daerah permukaan pada rasio volume sebagai partikel aktual, dimana sering kali mengacu pada diameter rata-rata sauter yang merupakan korelasi yang banyak digunakan untuk ukuran partikel karena gaya hidrodinamik dalam fluida bed yang bergerak pada permukaan luar suatu partikel. ( p - g) kg/m3 200
D
175
B
150
A 75 50
C
0.01
0.1 particle size
1 (mm)
Gbr. 2.7 Batasan partikel (Marthine Rhodes)
Partikel tersebut diklasifikasikan menjadi : •
A. Partikel Halus
•
B. Partikel Kasar
•
C. Kohesif, partikel yang sangat halus
•
D. Unggun yang bergerak
II.4.2. Porositas Bed II.4.3. Porositas unggun menyatakan fraksi hampa didalam
bed yang
diperkirakan dari densitas partikel ( p) dan densitas unggun (( b) =1-
b/
p
= 1-
mf /
p
Massa partikel dalam unggun = Volume unggun pada Vmf
Biasanya porositas unggun ( ) < 1, karena adanya celah diantara partikel yang berdekatan dalam suatu bed. Porositas unggun ( ) sama dengan nol apabila unggun tidak ada (telah meninggalkan ruang / kolom fluidisasi. Dapat juga disebutkan kekosongan ( ) dari
bed yang terfluidisasi
adalah fraksi mol yang terjadi oleh gas. Fungsi t dapat dinyatakan dengan pendekatan Kozeny-Charman, yaitu :
ft (
) = 0.1
2
(1
)
Pendekatan lain yang digunakan untuk sistem banyak fasa yaitu korelasi Richardson –Zaki untuk partikel tunggal dalam suspensi, yaitu : U = Ut
n
n merupakan fungsi dari dp/D dan bilangan Reynolds yang divariasikan dari 2,4 – 4,7 (Kirk Othmer, 1994:144).
II.4.4. Gaya antar partikel Gaya antar partikel sering kali diabaikan dalam fluidisasi, meskipun dalam banyak kasus gaya ini lebih kuat dibandingkan, meskipun dalam banyak kasus gaya ini lebih kuat dibandingkan hydrodynamic yang digunakan dalam banyak korelasi. Gaya antar partikel yang berhubungan atau berkaitan dengan unggun yang terfluidisasi, misalnya Van der Waals, elektrostatik, kapilaritas (Kirk Othmer, 1994 : 147).
II.4.5. Daerah batas fluidisasi (fluidization regimes) Pada kecepatan gas rendah, suatu padatan dalam tabung bed akan berada dalam keadaan konstan atau tetap seiring dengan bertambahnya kecepatan gas, gaya seret dan gaya buoyant mengalahkan berat partikel serta gaya antar partikel tersebut dan partikel secara menyeluruh didukung oleh gas tersebut (kirk Othmer, 1994: 147).
Pada fluidisasi minimum partikel memperlihatkan pergerakan yang minimal dan secara langsung unggun akan sedikit terangkat. Kondisi bubbling; kondisi awal dari fluidisasi agregat terjadi ketika kecepatan gas meningkat. Fenomena bubbling diilustrasikan pada gambar 2.8.
II.4.6. Jatuh Tekanan (Pressure Drop) Jatuh tekanan yang terjadi pada campuran dua fasa dinyatakan dalam beragam bentuk, seperti static head, akselerasi dan kehilangan friksi untuk gas dan padatan. Untuk aplikasi fluidisasi unggun diluar kondisi di mana akselarasi jatuh tekanan dapat diterima, secara sederhana jatuh tekanan akan dihasilkan dari static head padatan. Untuk itu, berat suatu partikel unggun dibagi dengan tinggi padatan akan menghasilkan densitas sesungguhnya dari unggun yang terfluidisasi (Kirk Othmer, 1994 : 150).
Gbr. 2.8 Perilaku unggun (Prabir Basu CFBB)
II.5. Perilaku Gelembung dan Ketinggian bed II.5.1. Perilaku Gelembung Gelembung yang lebih besar cenderung naik lebih cepat dibanding gelembung yang kecil sehingga antar gelembung dapat terjadi tumbukan dan bergabung (coalescence) dan gelembung semakin bertambah besar. Dinding tabung juga mempengaruhi gerakan gelembung, sehingga gelembung cenderung bergerak ke arah dalam bed. Gelembung terjadi dalam kebanyakan unggun yang terfluidisasi, dan peranannya sangat penting karena akibat laju dari perubahan massa atau energi di antara gas dan padatan dalam bed. Gelembung terbentuk dalam unggun yang terfluidisasi dari ketidak stabilan sistem dua fasa. Pengontrolan ukuran gelembung dapat diperoleh dengan mengontrol distribusi ukuran partikel atau dengan meningkatkan kecepatan gas (Kirk Othmer, 1994:151). •
Teori dua Fasa Mengacu pada teori gelembung dua fasa dari fluidisasi, semua gas yang dibutuhkan untuk fluidisasi minimum melewati bed dalam proses
pembentukan gelembung. Gelembung meningkat melalui bed dalam dua kondisi yang berbeda. Gelembung yang meningkat secara padat terjadi pada kecepatan gas kurang dari kecepatan fluidisasi minimum dan hal ini memberikan kesempatan untuk gas melewati partikel bed dan sirkuit pendek melalui gelembung menuju ke permukaan bed (Kirk Othmer, 1994:154). •
Kecepatan suatu gelembung yang bertambah besar melalui fluida bed dinyatakan dalam rumus :
U hr = 0.71( gDb )
0.5
Jadi terjadi slugging : U hr = U slug = 0.35( gD) 0.5 Jadi kecepatan actual peningkatan gelembung dalam
bed yang
terfluidisasi dinyatakan dengan rumus : U b = (U U mf ) + U br
II.5.2. Ketinggian Bed Tinggi
bed dapat diplot terhadap kecepatan superficial. Untuk
kecepatan superficial tinggi, permukaan berfluktuasi karena pecahnya gelembung di permukaan, sehingga ketinggian bed hanya dapat diukur dengan perkiraan. II.6. Campuran Gas dan Padatan dalam Bed yang Terfluidisasi.
II.6.1. Pola aliran gas Keberadaan dan pergerakan dari gelembung gas
bed yang
terfluidisasi menghasilkan pengaruh pada pola aliran gas. Penelitian telah
dilakukan pada aliran gas ini, namun hasilnya kurang memuaskan, dan secara khusus tergantung dari peralatan yang digunakan (Coulson, 1968:207) II.6.2. Pola aliran padatan Pergerakan dari partikel padatan dalam gas bed yang terfluidisasi telah dipelajari dengan menggunakan bermacam-macam teknik. Jadi secara umum ditemukan bahwa bila derajat dari pencampurannya tinggi, maka padatan bed akan tercampur secara menyeluruh (Coulson, 1968:208). II.6.3. Kecepatan Superficial Kecepatan superficial suatu partikel (Ut) merupakan kecepatan gas yang dibutuhkan untuk mengatur partikel tunggal yang tersuspensi dalam aliran gas. Pengetahuan tentang kecepatan terminal sangat penting dalam unggun yang terfluidisasi, karena berhubungan dengan berapa lama suatu partikel bertahan pada suatu sistem. Jika pengoperasian kecepatan
gas
superficial dalam unggun terfluidisasi jauh di atas kecepatan terminal partikel unggun maka partikel akan bergerak cepat (Kirk Othmer, 1994: 143) Kecepatan terminal partikel tunggal dinyatakan dalam persamaan : Ut =
4 gd p ( 3
p g
g
)
1
2
Cd
Dalam aliran laminar dan mengikuti Hukum Stokes :
Cd =
24 Re p
Re p = d pU
g
/µ
Jadi, kecepatan terminal untuk partikel tunggal berbentuk bulat adalah : Ut =
g(
p
g
)d
2 p
for Rep < 0.4
18µ
Dan untuk partikel besar dengan Cd = 0.43 :
[
U t = 3.1(
p
g
) gd
p
g
]
1
2
for Rep > 500
Persamaan ini mengindikasikan bahwa untuk partikel yang berukuran kecil viskositas merupakan faktor dominan sifat gas, dan untuk partikel berukuran besar densitas merupakan faktor yang terpenting. Kedua persamaan di atas mengabaikan gaya antar partikel (Kirk Othmer, 1994 : 143). Secara umum kecepatan selip (Uslip) atau kecepatan efektif terminal untuk partikel dalam suspensi (U*t) adalah : U slip = U t = U t . f (
)
II.7 Aplikasi Bed Terfluidisasi
II.7.1 Reaksi Kimia II.7.1.1 Katalis Pereaksi a. Peretakan (Cracking) Penggunaannya dalam skala besar. FCC (Fluidized Catalitic Cracking) ditemukan sejak awal tahun 1940. Tingkat tranfer panas yang tinggi antara generator dan reaktor dengan menggunakan kesetimbangan eksostern pada pembakaran karbon dan tar, sehingga temperatur kedua unit dapat dikontrol.
Dioperasikan tahun 1945 di Baytown, Texas dengan tekanan rendah 115 s.d 120 Kpa menggunakan fluidisasi turbulen 1,2 s/d 1,8 m/s b. Klorida Alkil HCI bereaksi dengan O2, dengan katalis Klorida tembaga untuk membentuk klorin. Klorin bereaksi dengan Olefin untuk membentuk klorida alkin. Proses ini ditemukan oleh Shell Development Co. [Chem Proc. 16, 42 (1953) ]
c. An-hydrat phetalic Napta cair dioksidasi udara menjadi phetalik an-hidrat pada reaktor fluidisasi gelembung dengan eksoterm yang tinggi. Pengontrolan temperatur dengan cara melepas udara melalui pipa vretikal di atas [Graham & Way, Chemical eng. Proc. Januari 1962]
bed sampai penguapan
d. Arcylo Nitrite Arcylo Nitrite dihasilkan dengan mereaksikan propylene amoniak dan oksigen (udara) pada unggun terfluidisasi tunggal katalis komplek. Diketahui proses SOHIO dilakukan pada tahun 1960. Dengan penambahan arcynitrile, dihasilkan juga jumlah HCN dan Acetonenitrile secara signifikan ke dalm pila vertikal yang tercelup pada bed [Veatch, Plocer Hydrocarbon, Pet Refiner 141, 18 (Nopember 1962) ]
Gambar 2.10 Acrylic II.7.1.2 Non Katalis Pereaksi a. Reaksi homogen Reaksi homogen dengan katalis biasanya dengan melakukan pencampuran gas dan pengontrolan temperatur. Bed solid bertindak sebagai pelapis udara atau sumber dan fasilitator perpindahan panas dari untuk gas dengan permukaan alat penukar panas. Reaksi ini termasuk hidrokrbon klorin. b. Reaksi heterogen Metode ini merupakan perlindungan yang komersial dengan metode fluidisasi untuk menfasilitasi pengurangan nilai pasir (lihat gambar 2.11)
c. Kalsinasi (Calcination) Bed terfluidisasi sebagai produk menghasilkan udara yang diinginkan
Gambar 2.11 Kalsinasi II.7.2.3 Perpindahan udara Perpindahan udara bisa dilakukan dengan dua jenis yaitu perpindahan dengan bed solid yang terfluidisasi dan perpindahan skala luas, biasanya pada objek pasir secara bed fluidisasi. Pembentukan biasanya disempurnakan pada bagian-bagian obyek agar udara tetap terjaga. Perpindahan udara pada objek tabung yang sangat luas biasanya rumit dan membutuhkan waktu yang panjang. Maka bed fluidisasi digunakan bertujuan agar transfer udara rata-rata tinggi dan temperatur menjadi merata
II.7.2.4 Pelapisan Pelapisan termoplastik
bed fluidisasi digunakan untuk
menfasilitasi
pelapisan bagian tabung. Bagian-bagian yang diperlukan sebelumnya, pasir pada bagian tabung dengan meletakan ke dalam bed fluidisasi.
Tugas Akhir
BAB III PENGUJIAN
3.1 Deskripsi Alat Uji Alat uji yang utama untuk pengukuan kecepatan fluidisasi adalah Fluidisation & Fluid Head Transfer Unit H692 yang terdapat di Labobratorium Konvensi Energi dan Perpindahan Kalor Jurusan Mesin FTI Kampus Mercu Buana. Peralatan ini menggunakan sebuah kolom fluidisasi berbentuk silinder yang merupakan tempat benda uji. Pada bagian bawah terdapat distributor udara yang mendukung bed ketika dialirkan udara. Distributor didesain untuk menjamin aliran udara merata dan tidak menimbulkan jatuh tekanan yang berlebih. Pada bagian atas terdapat saringan agar partikel tidak keluar.
Gambar 3.1 Skema alat uji
Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
28
Tugas Akhir
Fluida yang digunakan dalam pengujian ini adalah udara yang disuplai dari sebuah blower. Udara ini dialirkan melalui filter pengatur tekanan (filter pressure regulator), senbuah flowmeter dengan katup pengaturanya, plat orifis dan kemudian masuk keruang distribusi. Setelah itu udara akan melewati bed dan terus mengalir melalui ruang silinder dan dibuang ke lingkungan melalui filter udara. Kontrol panel berhubungan dengan termokopel, indikator temperatur dengan selektor akan menunjukan temperatur elemen pemanas (T1), temperatur unggun (T2) dan termperatur udara masuk (T3). Untuk pengukuran tekanan digunakan dua buah manometer minyak dengan skala air (H2O). Yang pertama menunjukan jatuh tekan udara pada bed dengan pengaman supaya perbedaan tekanan tidak melebihi 300 mmH2O dan yang lainnya menunjukan jatuh tekanan orifis yang dibatasi hingga 200 mmH2O
III. 2 Spesifikasi alat uji 1. Fluidisation & Fluid Bed Heat tranfer Unit H692 Spesifikasinya 1) Bed Chamber a. Bahan : Arcyile b. Ukuran : diameter 150 mm dan tingi 200 mm c. Luas penampang lintang : 0,0085659 m2 2) Air Filter regulator a. Model
Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
: 1301
29
Tugas Akhir
b. Tekanan masukan maksimum
: 9,9 kgf/cm2
c. Tekanan keluaran
: 0,2 - 2 kgf/cm2
d. Temperatur
: 5 – 6 0C
3) Alat ukur a. Flowmeter
: 0 – 1,7 liter/s
b. Manometer
: 0 – 300 mmH2O
c. Orifis
: 0 – 200 mmH2O
d. Volmeter
: 0 – 250 V
e. Ammeter
:0–3A
f. Digital temperatur indicator : Resolusion 1 derajat 2. Blower Spesifikasinya : 1. Motor a. Daya : 2 HP b. Putaran : 1500 RPM / 50 Hz c. Arus : 220 Volt
3. Media Pentransfer II.4.1.2.
Pasir Bali : 0, 8 mm
II.4.1.3.
Ps. Malang : 1,2 mm
II.4.1.4.
Ps. Alam : 1 mm
Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
30
Tugas Akhir
III.3 Prosedur Pengujian Untuk percobaan fluidiasi minimum 1) Persiapan •
Periksa manometer dan dinolkan
•
Periksa kolom udara untuk excess release system
2) Tuang bahan uji kedalam silinder,lalu turunkan manometer prob pada dasar silinder dan termokopel pada tengah bed 3) Aliran udara dibuka pada aliran yang cukup sehingga bed terfluidisasi selama beberapa menit 4) Aliran udara mulai minimum sampai maksimum atau sebaliknya dicatat data-data yang diperlukan 5) Pada laku aliran tetap dicatat data-data sebagai berikut : •
Temperatur udara yang masuk (T3)
•
Temperatur unggun (T2)
•
Jatuh tekanan unggun ( P), perbedaan tekanan pada dasar unggun dengan permukaan unggun
•
Tinggi manometer orifis bila kecepatan aliran melebihi 29845 rpm/menit
6) Prosedur 1-5 dilanjutkan untuk variasi unggun yang berbeda (jenis pasir dan diameter partikel)
III. 4 Batasan Pengujian Batasan dilakukan berdasarkan alat pengujian 1) Tinggi kolom fluidisasi 200 mm
Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
31
Tugas Akhir
2) Jatuh tekanan maksimal sebesar 300 mmH2O 3) Jatuh tekanan maksimal pada orifis sebesar 200 mmH2O
Berdasarkan batasn tersebut maka diambil pembatasan untuk pengambilan data sebagai berikut : dalam penelitian inidensitas partikel diketahui dari spesifikasi bahan uji, yaitu pasir. Untuk pasir bali densitasnya ( ) 0,016,56 kg/m3, pasir alam densitasnya ( ) 0,0326 kg/m3 dan pasir Malang densitasnya ( ) 0,0,0489 kg/m3. Metode yang dipakai dalam pengukuran massa jenis (densitas) ketika pasir adalah dengan mengukur berat sampel bongkahan pasir pada temperatur 300C, kemudian sampel dicelupkan kedalam air yang telah diukur volumenya. Perbedaan volume sebelum dan sesudah masukan pasir adalah volume pasir tersebut. Dengan membagi massa terhadap volume maka di dapat massa jenis (densitas) pasir.
Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
32
BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA 4.1
Perhitungan Data.
4.2.1
Luas Penampang Bed: Didalam rancangan fluidisasi ini ditetapkan diameter dalam 140 mm = 0,14 m.
A=
Dta
2
4 3,14 = 0,14 2 m 4 = 0,0154 m 2
--------------------------------------------------4.1
= Luas penampang bed (m2)
Dimana: A
= Luas penampang tabung acrylic Dtf
= Diameter tabung acrylic (m) = Diameter bed = 0,14 m
4.1.2
Tinggi Hamparan Pasir yang Diteliti. Dimana : V A Hmf
= Volume pasir dalam bed (m3) = Luas penampang bed (m2)
= 2cm,
4cm,
6cm,
8cm,
10cm
= 0,02m
0,04m
0,06m
0,08m
0,10m
Hmf dapat dihitung dengan menggunakan Rumus :
V A Volume Pasir.
----------------------------------------4.2{4:243}
Dimana:
V
= Volume pasir dalam bed (m3)
A
= Luas penampang bed (m2)
Hmf
= Tinggi hamparan pasir minimum 0,02m
Hmf1 =
A)
s.d 0,10 m V 1= H
× A
mf
---------------------------4.3{4:243}
= 0 , 02 × 0 , 0154
= 0 , 000308
m
m
2
3
B) Tinggi Bed Dimana:
Hmf
= Tinggi hamparan pasir minimum 0,02m s.d 0,06m
H
= Tinggi bed (m) -------------------------------4.4{4:243}
H 1 = 1,5 × H mf = 1,5 × 0 , 02
= 0 , 03 m Tabel. I Dari perhitungan diatas dapat dibuat tabel sebagai berikut : Hmf (m)
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
A (m2)
0,0154
0,0154
0,0154
0,0154
0,0154
V (m3)
0,000308
0,000123
0,0154
H(m)
0,03
0,12
0,15
0,000616 0,000924 0,06
0,09
C) Menghitung tinggi pasir didalam toples yang diisi pasir dan ditimbang. Dimana : V r2 =
V
= Volume pasir
= 0,000308 m3
= Jari-jari toples
= 0,06252 m
r2
.
.t
0,000308 = 3,14 . 0,0625 2 . t ---0.000308 = 0,0123 . t 0,0123 t = 0,000308 t = 39,93m
------------------------------4.5
D) Menghitung Density Pasir
M V 1,06 = 0,000308
ali =
lam = =
= 3441,56 kg / m 3
M V 1,46 = 0,000308
M V 1,4 0,000308
= 4545,45 kg / m 3
ali =
--------------------------------4.6
= 4740,26 kg / m 3
Tabel. II
Jenis Pasir
V
M
Pasir Bali
0,000308 m3
1,06 kg
3441,56 kg/m3
Pasir Alam
0,000308 m3
1,4 kg
4545,45 kg/m3
Pasir Malang
0,000308 m3
1,46 kg
4740,26 kg/m3
E) Kecepatan Rata-rata Udara pada Blower. Dimana : r
= 15cm – 0,15m
n
= 138,4 sd 2984
Uo
=……………….?
Ditanya
.r .n Uo = (m / s) 60 3,14 .0 ,15 .138 , 4 = 60 = 1,1 m / s
--------------------------------4.7
Tabel. III
I (Ampere)
n (rpm)
Uo (m/s)
25
138,4
1,1
50
2805
22
75
2901
22,77
100
2942
23,1
125
2960
23,23
150
2971
23,32
175
2982
23,41
200
2984
23,42
Tabel. V
Pasir Bali 3 p : 3441,56 kg/m
H 2 pb (N/m )
Pasir Alam 3 p : 4545,45 kg/m
H 2 pb (N/m )
Pasir Malang 3 p : 4740,26 kg/m
H 2 pb (N/m )
4.2
0,68
0,96
0,96
0,96
0,96
0,03
0,06
0,09
0,12
0,15
323,78
80,94
121,42
161,89
202,36
0,68
0,96
0,96
0,96
0,96
0,03
0,06
0,09
0,12
0,15
427,63
106,91
160,36
213,82
267,27
0,68
0,96
0,96
0,96
0,96
0,03
0,06
0,09
0,12
0,15
445,96
111,49
167,24
222,98
278,73
Pengujian Fluidisasi. 4.2.1
Pengujian Pasir Malang Beberapa perhitungan dalam melengkapi penelitian ini, maka data diperoleh dari pengukuran dan perhitungan. Contoh data yang diambil dari percobaan pada pasir malang dengan diameter dp = 1,2 mm dengan massa M = 1,46 kg data percobaan dan hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel Jnw Fluidisasi and Fluid Bed dibawah ini. Data-data partikel: Media
: Pasir Malang
Diameter
( dp ) : 1,2 mm
Massa Partikel ( M ) : 1,46 kg
Tabel 4.1 Pasir Malang Kecepatan udara
1,1
22
22,77 23,1
23,23
23,32
23,41
23,42
0,02 / H fluidisasi
2
2
2,5
3
3,2
3,5
3,7
4
0,04 / H fluidisasi
4
4
4,3
5
5,1
5,3
5,5
6
0,06 / H fluidisasi
6
6
7
7,5
8
8,3
8,5
8,7
0,08 / H fluidisasi
8
8
8
8
8
8
8
8
0,10 / H fluidisasi
10
10
10
10
10
10
10
10
Hmf / H fluidisasi
4.2.2
Pengujian Pasir Alam Beberapa perhitungan dalam melengkapi penelitian ini, maka data diperoleh dari pengukuran dan perhitungan. Contoh data yang diambil dari percobaan pada pasir malang dengan diameter dp = 1,2 mm dengan massa M = 1,46 kg data percobaan dan hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel Jnw Fluidisasi and Fluid Bed dibawah ini. Data-data partikel: Media Diameter
: Pasir Malang ( dp ) : 1,2 mm
Massa Partikel ( M ) : 1,46 kg
Tabel 4.2 Pasir Alam Kecepatan udara
1,1
22
22,77
23,1
23,23
23,32
23,41
23,42
0,02 / H fluidisasi
2
2
3
3,5
4
4,5
5
5,5
0,04 / H fluidisasi
4
4
4,5
5
5,5
6
6,2
6,5
0,06 / H fluidisasi
6
6
6
6
6
6
6
6
0,08 / H fluidisasi
8
8
8
8
8
8
8
8
0,10 / H fluidisasi
10
10
10
10
10
10
10
10
Hmf / H fluidisasi
4.2.3
Pengujian Pasir Bali Beberapa perhitungan dalam melengkapi penelitian ini, maka data diperoleh dari pengukuran dan perhitungan. Contoh data yang diambil dari percobaan pada pasir malang dengan diameter dp = 1,2 mm dengan massa M = 1,46 kg data percobaan dan hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel Jnw Fluidisasi and Fluid Bed dibawah ini. Data-data partikel: Media Diameter
: Pasir Malang ( dp ) : 1,2 mm
Massa Partikel ( M ) : 1,46 kg
Tabel 4.3 Pasir Bali Kecepatan udara
1,1
22
22,77
23,1
23,23
23,32
23,41
23,42
0,02 / H fluidisasi
2
2
4
4,2
4,7
5
5,5
6
0,04 / H fluidisasi
4
4
6
6,5
7
7,5
8
8,5
0,06 / H fluidisasi
6
6
8
8,5
9
9,5
10
11
0,08 / H fluidisasi
8
8
8
8
8
8
8
8
0,10 / H fluidisasi
10
10
10
10
10
10
10
10
Hmf / H fluidisasi
Grafik I. Air Flow Rate AND BED Height Dengan ketinggian pasir 2cm, didalam tabung Acerilyc
7 6 5 4 3 2 1 0 1.1
22
22.77 23.1 23.23 23.32 23.41 23.42
pasir Malang Pasir Alam Pasir Bali
Keterangan dari diagram Air Flow Rate dengan ketinggian pasir 2cm, didalam tabung Acerilyc
Media :
1,1
22 2
22,77
23,1
23,23
23,32
23,41
23,42
2,5
3
3,2
3,5
3,7
4
Pasir malang
2
Pasir Alam
2
2
3
3,5
4
4,5
5
5,5
Pasir bali
2
2
4
4,2
4,7
5
5,5
6
Grafik II. Air Flow Rate AND BED Height Dengan ketinggian pasir 4cm, didalam tabung Acerilyc
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1.1
22
22.77 23.1 23.23 23.32 23.41 23.42
pasir Malang Pasir Alam Pasir Bali
Keterangan dari diagram Air Flow Rate dengan ketinggian pasir 4cm, didalam tabung Acerilyc
Media :
1,1
22
22,77
23,1
Pasir malang
4
4
4,3
5
Pasir Alam
4
4
4,5
5
Pasir bali
4
4
6
6,5
23,23
23,32
23,41
23,42
5,3
5,5
6
5,5
6
6,2
6,5
7
7,5
5,1
8
8,5
Grafik III. Air Flow Rate AND BED Height Dengan ketinggian pasir 6cm, didalam tabung Acerilyc
12 10 8 6 4 2 0 1.1
22
22.77 23.1 23.23 23.32 23.41 23.42
pasir Malang Pasir Alam Pasir Bali
Keterangan dari diagram Air Flow Rate dengan ketinggian pasir 6cm, didalam tabung Acerilyc
Media : Pasir malang Pasir Alam Pasir bali
1,1
22
22,77
23,1
6
6
7
7,5
23,2 3 8
6 konstan
6
6
6
6
6
8
8,5
23,32
23,41
23,42
8,3
8,5
8,7
6
6
6
6
9
9,5
10
11
4.3
Pengujian Bubbling. 4.3.3
Pasir Malang
Kecepatan udara
1,1
22
22,77
23,1
23,23
23,32
23,41
23,42
0,02 / H Bubbling
2
2
10
11
12
13
14
15
0,04 / H Bubbling
4
4
11
12
13
14
15
16
0,06 / H Bubbling
6
6
10
11
12
13
14
15
0,08 / H Bubbling
8
8
8
8
8
8
8
8
0,10 / H Bubbling
10
10
10
10
10
10
10
10
Hmf / H Bubbling
Tabel 4.4 Pasir Malang
4.3.4
Pasir Alam / Batu Alam
Kecepatan udara
1,1
22
22,77
23,1
23,23
23,32
23,41
23,42
0,02 / H Bubbling
2
2
7
8
9
11
12
13
0,04 / H Bubbling
4
4
7
9
10
12
13
14
0,06 / H Bubbling
6
6
6
6
6
6
6
6
0,08 / H Bubbling
8
8
8
8
8
8
8
8
0,10 / H Bubbling
10
10
10
10
10
10
10
10
Hmf / H Bubbling
Tabel 4.5 Pasir Alam
4.3.5
Pasir Bali
Kecepatan udara
1,1
22
22,77
23,1
23,23
23,32
23,41
23,42
0,02 / H Bubbling
2
2
11
12
14
15
17
18
0,04 / H Bubbling
4
4
10
12
14
16
18
20
0,06 / H Bubbling
6
6
14
16
17
18
19
20
0,08 / H Bubbling
8
8
8
8
8
8
8
8
0,10 / H Bubbling
10
10
10
10
10
10
10
10
Hmf / H Bubbling
Tabel 4.6 Pasir Bali
Grafik IV. Pengujian Bubbling Dengan ketinggian pasir 2cm, didalam tabung Acerilyc
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1.1
22
22.8 23.1 23.2 23.3 23.4 23.4
pasir Malang Pasir Alam Pasir Bali
Keterangan dari diagram Air Flow Rate dengan ketinggian pasir 2cm, didalam tabung Acerilyc Media :
1,1
22 2
22,77
23,1
23,23
10
12
13
23,32 14
23,41
23,42
15
16
Pasir malang
2
Pasir Alam
2
2
7
8
9
11
12
13
Pasir bali
2
2
11
12
14
15
17
18
Grafik V. Pengujian Bubbling Dengan ketinggian pasir 4cm, didalam tabung Acerilyc
22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1.1
22
22.77 23.1 23.23 23.32 23.41 23.42
pasir Malang Pasir Alam Pasir Bali
Keterangan dari diagram Air Flow Rate dengan ketinggian pasir 4cm, didalam tabung Acerilyc
Media :
1,1
22
22,77
23,1
23,23
23,32
Pasir malang
4
4
12
13
14
15
Pasir Alam
4
4
7
9
10
Pasir bali
4
4
10
12
14
12 16
23,41
23,42
16
17
13
14
18
20
Grafik VI. Pengujian Bubbling Dengan ketinggian pasir 6cm, didalam tabung Acerilyc
24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1.1
22
22.77
23.1
23.23
23.32
23.41
23.42
pasir Malang Pasir Alam Pasir Bali
Keterangan dari diagram Air Flow Rate dengan ketinggian pasir 6cm, didalam tabung Acerilyc
Media : Pasir malang Pasir Alam Pasir bali
1,1
22
22,77
23,1
6
6
10
11
23,2 3 12
6 konstan
6
6
6
6
6
14
16
23,32
23,41
23,42
13
14
15
6
6
6
6
17
18
19
21
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan 5.1.1 Hubungan ketinggian bed dan jatuh tekanan Dari hasil perhitungan didapat tinggi bed semakin besar sebanding dengan kecepatan fluida uyang mengalir melalui bed. Kecepatan fluida yang mengalir melalui bed tertahan oleh bed sehingga menyebabkan fluida mengalir melalui ruang antar partikel. Karena perbedaan kecepatan yang dialami fluida menimbulkan perbedaan tekanan. Inilah yang menyebabkan bed semakin tinggi. Dan semakin tinggi bed maka semakin bessar jatuh tekanan yang dialami unggun.
51.2 Kecepatan fluidisasi minimum Kecepatan fluidisasi minimum terjadi apabila gaya seret yang dialami fluida terhadap bed sama dengan bera partikel / unggun. Penentuan kecepatan fluidisasi minimum dilakukan secara grafik dengan memplot data (jatuh tekanan Vs kecepatan uperfisial) dapat memnbantu mengurangi kemungkinan kesalahan manusia. Sehingga ada pengujian ini dapat dihitung besarnya kecepatan fluidisasi minimum.
5.1.3 Pengaruh variasi diameter terhadap kecepatan fluidisasi minimum Adanya
variasi
diameter
memungkinkan
adanya
perbedaan
kecepatan fluidisasi minimum. Dengan densitas yang sama tetapi berbeda ukuran partikelnya maka berbeda juga kecepatan fluidisasinya. Pada ukuran
partikel yang lebih kecil lebih cepat fluidisasinya dibandingkan ukuran partikel yang lebih besar. Sehingga variasi diameter/ukuran partikel mempengaruhi kecepatan fluidisasi.
5.1.4 Pengaruh massa jenis terhadap kecepatan fluidisasi minimum. Massa jenis yang lebih kecil menyebabkan bed lebih mudah terfluidisasi. Semakin kecil mssa jenis partikel maka bed semakin mudah terfluidisasi. Untuk massa jenis partikel yang besarnya < 1400 kg/m3, bed sedapat mungkin untuk mempertahankan bed agar tetap stabil sehingga ekspansi bed stabil [P.A. hilton]. 5.2 Saran Dalam melakukan pengujian konsep bed terfluidisasi ada beberapa hal yang perlu diperhatikan : •
Ketelitian pada saat pengukuran tingginya bed, karena sukarnya ditentukan tepatnya ketinggian yang berfluktuatif.
•
Perlunya sample berwarna terang, sehingga memudahkan penguji dalam melakukan pengukuran teerhadap ketinggian bed.
•
Menggunakan blower yang beraliran besar yaitu sekitar 2 1/s untuk menhindari ketidak stabilan suplay udara dan menghindari jatuh tekanan yang diakibatkan karena stabilan suplai udara yang kurang. Sehingga dapat menghindari kesalahan pada perhitungan jatuh tekanan bed.
•
Ukuran partikel jangan terlalu kecil untuk menghindari sample agar tidak jatuh ke distributor.
Tugas Akhir
DAFTAR PUSTAKA
1. Basu, Prabir & A. Praser, Scott, Circulating Fluidized Bed Boiler, ButterworhHeineman,Tahun 1991. 2. Brown and Associated, Unit Operations, John Willey and Sons. Inc, New York, tahun 1995. 3. Coulson, J. M. dan Richardson, J. F, Chemical Engineering Volume 2 : Unit Operation, The English Language Book Society and Pergamon Press 1992. 4. Expertmental Operating & Maintenance Manual fluidization and Fluid Bed Heat Tranfer Unit H692. penerbit P. A. Hilton. 5. Idrus, Rinakdi, Perancanagan Sistem Pengering Bed Terfluidisasi, tahun 1992. 6. Kirk Othhmer 1994, Encyclopedia of Technology Volume 2, 4th edition, John Willey and Sons. Inc, New York,tahun 1994 7. McCabe dan Smith Harriot, Unit Operation for Chemical Engineering, PT Gelora Aksara Pratama, Jakarta,tahun 1991. 8. Minoner, Alan, Ph,D Engineering Fluid Mechanics, Edisi International Student, Penerbit Mcgraw-Hill,tahun 1979. 9. Noel De Never, Fluid Mechanics Chemical Engineering, Mc Graw-Hill Inc, tahun1979. 10. Streeter. L, Victor, Mekanika Fluida, Edisi delapan jilid satu, penerbit Erlangga, tahun 1988.
Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Tugas Akhir
11. Perr’s Chenical Engineering Handbook, Edisi VII, Mc Graw-Hill Inc, 1997 12. Wirdjadi, Ardhi, Hidrodinamika bed Terfluidisasi, tahun 1994. 13. Http://www.erpt.org/012Q/rhod-00.htm, Fluidization of Particle by Fluids oleh Marthin Rhodes, tahun 2001
Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
