PERANCANGAN MIXER MATERI KULIAH KALKULUS TEP FTP UB RYN MATERI KULIAH KALKULUS TEP FTP UB

24-Mar-14

PERANCANGAN MIXER

RYN MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

Mechanical Mixing Tujuan :  Sifat2 baru (rheologi, organoleptik, fisik)  untuk melarutkan berbagai campuran  Meningkatkan transfer massa dan panas  Struktur makanan baru

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

1

24-Mar-14

• Hubungan antara kualitas produk dengan parameter operasi sering di bangun secara empiris, sehingga desain sistem mixing sering kali tidak berdasarkan prinsip ilmu • Desain mixer berkembang: • Eksperimental  sebagian numerik dan sekali percobaan (lebih efisien)


Perbedaan tipe sistem untk desain mixing yg berbeda • Solid-solid mixing: semua bahan harus tercampur secara seragam untuk menyediakan komposisi nutrisi yg konsisten (pelabelan), untuk pengaruh tekstur atau untuk memberikan rasa yang khas • Solid-liquid mixing: Penambahan padatan ke cairan. Penambahan cairan dalam padatan merupakan kunci dari beberapa proses produksi seperti batter, pasta dan dough • Liquid-liquid mixing: Penciptaan emulsi merupakan kunci dari proses pembuatan margarine • Gas-liquid mixing: Pecampuran udara pada fermentasi aerob MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

2

24-Mar-14

Campuran non-random dan random


Mekanisme Dispersi dan Distribusi


3

24-Mar-14

Pengujian Mixing


Desain Mixer tergantung pada • Sifat fisik dan rheologi bahan awal • Produk akhir


4

24-Mar-14


Review Viskositas Newtonian

Non – Newtonian  Power Law  yz = 0 + k(˙yz)n  Model Herschel-Bulkley (yz)0.5 = (0)0.5 + k(˙yz)0.5  Model Casson Persamaan power law dapat dilinierisasi dengan mengambil natural logaritmik pada kedua sisi untuk menentukan n dan k MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

5

24-Mar-14


MIXER CAIRAN • Pemilihan tergantung dari volume dan viskositas fluida. • Pengaduk kecepatan tinggi (propeller, turbines, hydrofoils) • Pengaduk kecepatan rendah (anchor, paddles, ribbon dan screw)


6

24-Mar-14

Tangki Pengaduk Dasar unit pengadukan adalah tangki. Bentuk umum: bejana silinder vertikal Untuk fluida viskositas rendah, tangki ditambah dengan baffle untuk mencegah vortex – (untuk fluida kental tidak efektif)


Dimensi Umum:

B

H/D = 1 d/D = 1/3 H

h/H = 1/3 B/D = 1/10

d

h

D


7

24-Mar-14

Pencampuran dalam tangki dinyatakan dengan bilangan Reynold (Re) Untuk fluida Newtonian 𝑅𝑒 =

𝑁𝑑𝜌



dimana:

N: kecepatan putaran pengaduk (1/s) d : diameter impeller (m)

 : densitas (kg/m3)  : viskositas (Pa.s)

Laminar < 10 Transtition 10 < Re < 10000 Turbulent Re > 10000


Untuk Fluida Non-newtonian 𝑅𝑒 =

𝜌𝑑 2 𝐾𝛽 𝑛−1 𝑁𝑛−2

dimana K dan n adalah konstanta karaktersitik rheologi dari persamaan power law 𝜏 = 𝐾𝛾 𝑛 : Shear stress (Pa)

 = konstanta karakteristik bahan (10 s.d.13) 𝛾 = 𝛽𝑁

: Shear rate (1/s) MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

8

24-Mar-14

Daya Mixing Persamaan empiris daya mixing: 𝑃𝑜 = 𝐾𝑅𝑒 𝑛 𝐹𝑟 𝑚 Po: power number 𝑃𝑜 = 𝐹𝑟 =

𝑃𝐴 𝜌𝑁3 𝑑 5 𝑁2 𝑑 𝑔

Dimana: PA = daya pengaduk (W) g = 9.81 m/s2 K, m, n = konstanta karakteristik dari sistem yang di aduk

Pada aliran laminar 𝑃𝐴 = 𝑐𝐿 𝑁 2 𝑑 3  Fr = ukuran vortex



9

24-Mar-14

Diagram Pemilihan Pengaduk


Catatan-catatan khusus dalam perancangan Mixer • fluida vicous • perlu impeller dengan diameter besar (misal paddles) • d/D > 0.5, N > 20 rpm (untuk fluida newtonian)  untuk mencegah cavitas di sekitar propeller

• Daya +- 2 kW • Kebutuhan daya tangki 2 – 100 kW


10

24-Mar-14

• Mixer padatan dalam sistem cairan kecepatan cukup tinggi untuk mencegah partikel diam perlu pemilihan tipe impeller dan rasio d/D yang tepat • Mixer gas-cairan  digunakan untuk mengabsorb oksigen dalam fermentasi aerobic dapat digunakan turbine kecepatan tinggi dan supplai gas dari bawah • Fluida dengan viskositas tinggi dan non newtonian perlu pengaduk khusus

• Pola mixing dan karakteristik produk merupakan hal yang kompleks • Scale up industri didasarkan pada konstanta sifat-sifat bahan dari pada terhadap rasio konstanta daya / volume MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

• Tegangan geser tinggi  oleh agitator  diperlukan untuk membuat dispersi dan emulsi yang halus • Tegangan geser rendah  digunakan untuk mencampur partikel padat ke fase padat atau cair • Segregasi partikel dari produk hasil pencampuran harus diperhatikan


11

24-Mar-14

Static Mixer

Re = 1

Re = 80 MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

Chaotic Advection • Turbulensi  sifat bahan • Chaotic advection (Aref (1984)  sederhana, non turbulen

Chaotic mixing


12

24-Mar-14

THANK YOU

RYN MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

13

PERANCANGAN MIXER MATERI KULIAH KALKULUS TEP FTP UB RYN MATERI KULIAH KALKULUS TEP FTP UB

Recommend Documents