ALIRAN MELALUI UNGGUN DIAM DAN TERFLUIDISASI MENGGUNAKAN UDARA SEBAGAI FLUIDA

ALIRAN MELALUI UNGGUN DIAM DAN TERFLUIDISASI

MENGGUNAKAN UDARA SEBAGAI FLUIDA

A.    TUJUAN

Ø  Menentukan penurunan tekanan (h) pada unggun diam dan terfluidisasi

Ø  Menbuktikan persamaan CARMAN-KONZENY

Ø  Mengamati kelakuan fluidisasi

B.     ALAT DAN BAHAN YANG DIGUNAKAN

       Alat yang digunakan:

Ø  1 set peralatan fluidisasi

Ø  Gelas kimia 500 ml

Ø  Jangka sorong

Ø  Piknometer

Ø  Neraca Analitik

Ø  Corong Plastik

       Bahan yang digunakan:

Ø  Pasir

C.     GAMBAR ALAT (TERLAMPIR)

D.    DASAR TEORI

            Fluidisasi adalah metode pengontakan butiran-butiran padat dengan fluida baik cair maupun gas. Dengan metode ini diharapkan butiran-butiran padat memiliki sifat seperti fluida dengan viskositas tinggi. Sebagai ilustrasi tinjau suatu kolom berisi sejumlah partikel padat berbentuk bola. Pada laju alir yang cukup rendah butiran padat akan tetap diam karena gas hanya mengalir melalui ruang antar partikel tanpa menyebabkan perubahan susunan partikel tersebut. Keadaan yang demikian disebut unggun diam atau fixed bed.

            Kalau laju alir kemudian dinaikkan akan sampai pada satu keadaan dimana unggun padatan akan tersuspensi didalam aliran gas yang melaluinya. Pada keadaan ini masing-masing butiran akan terpisahkan satu sama lain sehingga dapat bergerak dengan lebih mudah. Pada kondisi butiran yang dapat bergerak ini. Sifat unggun akan menyerupai suatu cairan dengan viskositas tinggi, misalnya adanya kecenderungan untuk mengalir, mempunyai sifat hidrostatik dan sebagainya.

            Dalam dunia industri dapat diaplikasikan dalam banyak hal seperti transportasi padatan (conveyer solid) pencampuran Padatan halus, perpindahan permukaan logam, proses drying dan sizing pada pembukaan, proses pertumbuhan partikel, dan kondensasi bahan yang dapat mengalami sublimasi,adsorbsi (untuk pengering udara dan adsorben) dan masih banyak aplikasi lain.

Pressure Drop

Aspek utama yang akan ditinjau dalam percobaan ni adalah mengetahui besarnya pressure drop di dalam unggun padatan yang terfluidakan. Hal ini mempunyai arti yang cukup penting karena selain erat sekali hubungannya dengan besarnya energi yang diperlukan juga bisa memberikan indikasi tentang kelakuanunggung selama operasi berlangsung. Penentuan besarnya hilang tekan di dalamunggun terfluidakan:

Pressure Drop damal Unggun Diam

Korelasi matematik yang menggambarkan hubungan antara hilamg tekandan dengan laju alir fluida dalam suatu sistem unggun diam diperoleh pertamakali pada tahun 1922 yaitu dengan menggunakan bilangan-bilangan tak berdimensi. Untuk aliran laminar dengan kehilangan energi terutama disebabkan oleh gaya viscous

......................................................................................... (1)

Dimana:

 = Pressure drop persatuan panjang / tinggi unggun

 = gravitasi buni

µ   = Viskositas fluida

Luas permukaan spesifik partikel (luas permukaan persatuan volume unggun) dihitung dari korelasi berikut: 

......................................................... (2)

Sehingga persamaan tersebut menjadi:

   .............................................................................. (3)

Atau

    ................................................................................. (4)

            Persamaan ini kemudian diturunkan lagi oleh kozeny (1927) dennganmengasumsikan bahwa unggun zat padat tersebut adalah ekivalen dengankumpulan saluran-saluran lurus yang paralel mempunyai luas permukaan . Untuk aliran turbulen pressure drop digambarkan sebagai gabungan dari viscous lossesdan kinetic energy loss

   ..................................................... (5)

Pada keadan ekstrim yaitu bila:

a.Aliran laminer (Re < 20) kinetic energy losses dapat diabaikan sehingga

  

...............................................................(6) 

b.Aliran turbulen (Re > 1000), viscous losses dapat diabaikan sehingga

...................................................... (7)

Pressure Drop pada Unggun Terfluidakan

Pada unggun terfluidakan persamaan yang menggambarkan hubungan P/L dan U biasanya digunakan peersamaan Ergun yaitu:2

 = 150      .................................. (8)

 εƒ adalah prositas unggun pada keadaan terfluidakan, pada keadaan ini dimana partilel-partikel zat padat seolah-olah terapung di dalam fluida sehingga terjadikesetimbangan antara berat partikel dengan gaya apung dari fluida disekelilinggaya seret oleh fluida yang naik = berat partikel – gaya apung atau pressure drop pada unggun x luas penampang = volume unggun x fraksi zat padatx densitas zat parat – densitas fluida

 = (A.L)(ρρ. ρƒ)             ....................................................... (9)

 =  (ρρ. ρƒ)       ................................................................... (10)

Kecepatan Minimum Fluidisasi

Yang dimaksud dengan kecepatan minimum fluidisasi (dengan notasi Vnf) adalahkecepatan superficial fluida minimum dimana fluidisasi mulai terjadi. Harganyadidapat dengan mengkombinasikan persamaan ergun dengan neraca massa terfluidisasikan menjadi:

     ............ (11)

Untuk keadaan ekstrim yaitu:

Aliran Laminer (Re<20) kecepatan fluidisasi minimum adalah

        ................................................................. (12)

Aliran turbulen (Re>1000) kecepatan fluidisasi minimumnya adalah:

      ................................................................. (13)

Karakteristik unggun terfluidisasi

Evaluasi parameter-parameter dalam peristiwa fluidisasiDensitas partikel dan bentuk partikel

 .............................................................. (14)

    ........ (15)

Porositas Unggun

Porositas unggun menyatakan fraksi kosong didalam ruang unggun yang secara matematik ditulis

 

Fenomena-fenomena yang dapat terjadi pada proses fluidisasi antara lain:

1.      Fenomena fixed bed yang terjadi ketika laju aliran fluida kurang dari laju minimum yang dibutuhkan untuk proses awal fluidisasi. Pada kondisi ini partikel diam atau tidak bergerak.

2.      Fenomena minumum atau incipient fluidization yang terjadi ketika laju alir fluida mencapai laju alir minimum yang dibutuhkan untuk proses fluidisasi. Pada kondisi ini partikel-partikel padat mulai terekspansi.

3.      Fenomena snooth or homogenously fludization terjadi ketika kecepatan distribusi aliran fluida merata. densitas dan distribusi partikel dalam unggun sama atau homogen sehingga ekspansi pada setiap partikel padatan beragam.

4.      Fenomena bubling fluidization yang terjadi ketika gelembung-gelembung pada unggun terbentuk akibat densitas dan distribusi partikel tidak homogen.

5.      Fenomena sluging fluidization yang terjadi ketika yang terjadi ketika gelembung-gelembung besar yang mencapai lebar dari diameter kolom terbentuk pada partikel-partikel padat. Pada kondisi ini terjadi penorakan sehingga partikel-partikel padat seperti terangkat.

6.      Fenomena chanelling fluidization yang terjadi ketika dalam unggun partikel padat terbentuk saluran-saluran seperti tebing vertikal.

7.      Fenomena disperse fluidization yang terjadi saat kecepatan alir fluida  melampaui kecepatan maksimal aliran fliuida. Pada fenomena ini sebagian partikel akan terbawa aliran fluida dan ekspansi mencapai nilai maksimum

Fenomena-fenomena fluidisasi tersebut dipengaruhi oleh faktor-faktor:

Ø  Laju alir fluida dan jenis fluida

Ø  Ukuran partikel

Ø  Jenis dan densitas partikel serta faktor interlok antar partikel

Ø  Porositas unggun

Ø  Distribusi aliran

Ø  Distribusi bentuk aliran fluida

Ø  Diameter kolom

Ø  Tinggi

E.     LANGKAH KERJA

a.       Mengisi kolom pengatur ukuran udara. Menutup kran pengatur ukuran udara.

b.      Memeriksa apakah pembacaan manometer udara pada posisi nol ()), bila tidak atur hingga posisi tersebut.

c.       Menjalankan pokpa udara dan mengatur aliran udara pada kenaikkan 1 L/min.

d.      Mencatat unggun,pembacaan manometer dan jenis unggun.

e.       Mentabulasikan pada tabel.

f.       Mengulangi percobaan memakai balotini halus.

g.      Menentukan density partikel dengan menimbang sejumlah volume balotini.

F.      DATA PENGAMATAN

Laju Alir (L/min)	Penurunan Tekanan (mmH2O)	Tinggi Unggun (mm)	Jenis Unggun
5	44	64	Diam
10	75	64	Diam
15	85	67	Terfluidisasi
20	85	73	Terfluidisasi
25	88	79	Terfluidisasi

Laju Alir Udara (L/min)	Penurunan Tekanan mmH2O
5	44
10	75
15	85
20	85
25	88

UNGGUN DIAM

Laju Alir Udara (L/min)	Penurunan Tekanan mmH2O
5	5.75
10	23.1

UNGGUN TERFLUIDISASI

Laju Alir Udara (L/min)	Penurunan Tekanan mmH2O
15	42.63
20	56.81
25	72.18

G.    PERHITUNGAN

Unggun Diam

1)   Laju alir 5 L/min

ε   =                                Volume bed    = Πr2t

            =                                              = 3.14 x (25x10-3)2x (64x10-3)         = 0.75                                                                          = 0.000125 m3

Vsm                 =

                        =

                        =  

                        = 2.54

 x 103 mmH2O

            =   x103 mmH2O

            =   x 103 mmH2O

            =  [2.9x10-12 + 5.7x10-5) x 103 mmH2O

h          = 5.75x10-2 mmH2O

2)      Laju alir 10 L/min

ε          =                                Volume bed    = Πr2t

            =                                              = 3.14 x (25x10-3)2x (64x10-3)         = 0.75                                                                          = 0.000125 m3

Vsm                 =

                        =

                        =  

                        = 5.09

 x 103 mmH2O

            =   x103 mmH2O

            =   x 103 mmH2O

            =  [5.5x10-12 + 23.1x10-5) x 103 mmH2O

h          = 23.1x10-2 mmH2O

Unggun Terfluidisasi

1.      Laju alir 15 L/min

ε          =                                Volume bed    = Πr2t

            =                                               = 3.14 x (25x10-3)2x (67x10-3)         = 0.72                                                                          = 0.00013 m3

            h          =   x103 mmH2O

                        =   x103 mmH2O

                        = 42.63x103 mmH2O

2.      Laju alir 20 L/min

ε          =                                Volume bed    = Πr2t

            =                                              = 3.14 x (25x10-3)2x (73x10-3)                     = 0.658                                                            = 0.000143 m3

            h          =   x103 mmH2O

                        =   x103 mmH2O

                        = 56.81x103 mmH2O

3.      Laju alir 25 L/min

ε          =                                Volume bed    = Πr2t

            =                                              = 3.14 x (25x10-3)2x (79x10-3)         = 0.607                                                                        = 0.000155 m3

            h          =   x103 mmH2O

                        =   x103 mmH2O

                        = 72.18x103 mmH2O

H.    ANALISA PERCOBAAN

            Pada percobaan ini kami menggunakan pasir sebagai bahan utama dan setelah percobaan yang telah dilakukan, dapat dianalisa bahwa Fluidisasi adalah metode pengontakan butiran-butiran padat dengan fluida baik cair maupun gas. Pertama kami mengisi kolom dan mengatur udara dengan cara menutup kran dan pompa udara dinyalakan serta memeriksa pembacaan manometer dan apabila tidak di posisi nol maka, kami harus mengaturnya terlebih agar di posisi nol, dan juga laju aliran udara telah disetting maka butiran-butiran padatan akan mulai bergerak karena dialiri fluida (udara). Semakin tinggi laju aliran udara yang diberikan terhadap butiran-butiran padatan di dalam bed, maka pergerakan butiran-butiran padatan tersebut semakin cepat. Kita dapat melihat kenaikan tinggi butiran padatan yang terangkat keatas akibat laju aliran udara yang diberikan terhadap butiran-butiran padat semakin meningkat, sehingga penurunan tekanan menjadi lebih besar.

            Aspek utama yang akan ditinjau dalam percobaan ini adalah mengetahui besarnya pressure drop (beda tekan) di dalam unggun padatan yang terfluidakan. Hal ini mempunyai arti yang cukup penting karena selain erat sekali hubungannya dengan besarnya energi yang diperlukan juga bisa memberikan indikasi tentang kelakuanunggung selama operasi berlangsung. Penentuan besarnya hilang tekan di dalam unggun terfluidakan. Jenis unggun terbagi menjadi 2, yaitu unggun diam dan unggun terfluidisasi. Pada laju alir yang cukup rendah butiran padat akan tetap diam karena gas hanya mengalir melalui ruang antar partikel tanpa menyebabkan perubahan susunan partikel tersebut. Keadaan yang demikian disebut unggun diam atau fixed bed sedangkan yang terfluidisai adalah Pada laju alir yang cukup tinggi butiran padat akan bergerak karena gas mengalir melalui ruang antar partikel dan menyebabkan perubahan susunan partikel tersebut.

            Pada percobaan ini kami mengambil interval pembacaan yang yaitu sebesar 5 L/min. Dimana unggun diam dapat kita lihat saat laju udara diberikan pada kenaikan 5-10 L/min, dan unggun terfluidisasi dapat kita lihat saat laju udara diberikan pada kenaikan 15-25 L/min. Butiran padat terlihat tidak terlalu banyak bergerak pada saat unggun diam. Sedangkan jenis unggun terfluidisasi dapat terlihat ketika butiran-butiran padatan terangkat keatas karena laju aliran udara yang besar. Dimana di unggun terfluidisasi ini dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti Laju alir fluida dan jenis fluida, Ukuran partikel, Jenis dan densitas partikel serta faktor interlok antar partikel, Porositas unggun, Distribusi aliran, Distribusi bentuk aliran fluida, Diameter kolom dan Tinggi.

I.       KESIMPULAN

Ø  Fluidisasi adalah peristiwa dimana unggun berisi butiran padat berkelakuan seperti fluida karena di aliri udara.

Ø  Semakin besar laju alir udara yang diberikan, maka akan semakin besar pula penurunan tekanannya.

Ø  Faktor-faktor yang mempengaruhi fluidisasi:

1.      Laju alir fluida dan jenis fluida

2.      Ukuran partikel

3.      Jenis dan densitas partikel serta faktor interlok antar partikel

4.      Porositas unggun

5.      Distribusi aliran

6.      Distribusi bentuk aliran fluida

7.      Diameter kolom

8.      Tinggi

Ø  Unggun diam 5-10 L/min

Ø  Unggun terfluidisasi 15-25 L/min

DAFTAR PUSTAKA

.............Jobsheet.2011.Petunjuk Praktikum Satuan Operasi -1. Politeknik Negeri Sriwijaya

                        Palembang