Laju Pengeluaran Dari Hopper

D. LAJU PENGELUARAN PADATAN DARI HOPPER D.3.1. PENDAHULUAN 3.1.1

Tujuan Percobaan Tujuan dari percobaan ini adalah mengetahui bagaimana laju pengeluaran

padatan dari hopper yang berhubungan dengan diameter orifice pengeluaran dan apakah head dari material di atas orifice mempunyai efek terhadap laju pengeluaran material. 3.1.2

Latar Belakang Terdapat berbagai macam alat yang digunakan dalam penyimpanan bahan

padat. Bahan padat yang disimpan pada alat penyimpan adalah bahan yang harus dipertahankan tetap kering dan bahan yang memerlukan perlindungan terhadap atmosfer pada musim tertentu. Salah satu tempat penyimpanan bahan padat adalah hopper yang dapat memungkinkan pengeluaran bahan dengan mengalir pada saat diumpankan ke dalam proses. Hopper merupakan bin kecil yang mempunyai dasar agak miring, yang digunakan untuk menyimpan dan menumpuk material padat sementara sebelum diumpankan ke dalam proses. Hopper juga digunakan sebagai tempat campuran bahan baku. Laju pengeluaran padatan dari hopper tergantung besarnya bukaan diameter orifice. Dalam industri, laju pengeluaaran padatan dari hopper digunakan untuk tempat pencampuran dan penyimpanan pada bahan baku. Biasanya digunakan untuk penyimpanan bahan baku semen dengan perbandingan tertentu, yang mana isi dari masing-masing

hopper

dikeluarkan

dengan

kecepatan

tertentu

kemudian

ditumpahkan di dalam suatu conveyor yang sama. Oleh karena itu, mahasiswa perlu untuk mempelajari bagian pengaruh besarnya diameter pengeluaran orifice terhadap laju pengeluaran padatan.

D.3.2. DASAR TEORI Hopper ialah bin kecil dengan dasar agak miring, dan digunakan untuk menumpuk sementara, sebelum zat padat diumpankan ke dalam proses. Semua kemasan itu dimuat dari atas dengan elevator atau sejenisnya; pengeluaran biasanya dari bawah. Bila zat padat butiran ditimbun di dalam bin atau hopper, tekanan lateral yang bekerja pada dinding lebih kecil dari yang diramalkan dari tinggi tekan (head) bahan yang berada di atas titik itu. Gaya gesek pada dinding cenderung mengimbangi bobot zat padat dan mengurangi tekanan yang diberikan massa itu pada dasar bejana. Dalam kasus ekstremnya, gaya ini menyebabkan massa itu melengkung, atau menjembatan, sehingga tidak dapat jatuh, walaupun bahan yang terdapat di bawahnya sudah dikeluarkan (Mc Cabe, 1999:300). Ketika padatan keluar dari hopper melalui orifice partikel cenderung bergerak secara perlahan ke bagian bawah menuju tengah dimana terjadi pengeluaran padatan yang cepat dan melewati orifice. Laju pengeluaran (Q) tergantung dari diameter orifice (D) dengan persamaan: Q = k . Dn

... (D.3.1)

dimana k = konstanta proporsional n = ukuran powder/tepung nilainya 2,5 – 3 Secara umum telah ditemukan bahwa head material di atas orifice tidak mempunyai efek terhadap laju pengeluaran padatan (Tim Dosen Teknik Kimia, 2011:23). Kemasan-kemasan untuk bahan curah (bulk) yang besar-besar biasanya berbentuk bujur sangkar atau persegi panjang, terbuat dari baja, aluminium, kayu, atau beton. Apabila isi kemasan tidak dikosongkan secara manual, maka bisa dengan cara mekanik, yaitu isi dikeluarkan melalui ujung suatu bentuk kerucut piramida yang dikenal dengan nama corong tuang (hopper). Hopper merupakan gabungan dari alat pegocok, saringan, dan katub tipe khusus untuk mengeluarkan bahan kental, lembab dan sebagainya (Cook, 1986:17). Bagian materials handling dan penyimpan pada dekade 60-an hanya berupa bak atau peti. Hal ini diubah secara radikal sebagai hasil riset yang dipimpin oleh Andrew W. Jenike, yakni mengidentifikasikan hal yang mempengaruhi mengalirnya

suatu material faktor aliran untuk beberapa bin-hopper desain dan memberikan spesifikasi untuk menentukan karakteristik bulk material yang mempengaruhi penyimpanan dan arus. Bersama dengan teori itu Jenike memproduksi suatu metode yang meliputi penyamaan dan fisik pengukuran karakteristik material. Suatu gudang penyimpanan terdiri dari bin dan hopper. Bin adalah bagian atas penyimpanan secara vertikal dan hopper sedikit diantara bin dan vessel ( Perry, 1997:21-27 ). Pencampuran berbagai macam bahan baku dengan perbandingan tertentu sering digunakan dengan menggunakan hopper. Isi dari masing-masing hopper dikeluarkan dengan kecepatan tertentu dan kemudian seluruhnya ditumpahkan ke dalam suatu conveyor yang sama. Bahan-bahan pengemas biasa yang digunakan untuk zat padat dan penanganannnya secara manual dapat terbuat dari baja, aluminium, palstik, bahan yang biasa untuk membuat drum, karton, tong, barrel ataupun karung. Bahan-bahan berbentuk bubuk dan bahan lain yang sejenis membutuhkan kondisi penyimpanan yang kering, untuk itu bahan tersebut biasanya disimpan dalam silo (tangki vertikal besar). Di dalam silo ini bahan diisap atau dihembus sehingga dengan demikian material akan tetap kering dan bersih. Di industri kimia, penyimpanan bahan-bahan yang berbahaya diatur khusus; sesui dengan jenis pengemasnya; jarak antara bangunan gedung dan tempat pembuatan; ventilasi dan peralatan pengamanan serta peralatan pemadam kebakaran. Semua bahan pengemas tersebut harus berlabel untuk dapat mengetahui isinya dengan jelas. Bagaimanapun juga pengemas yang tidak berlabel tidak boleh dipergunakan (Cook, 1986:18-19). Bergantung pada sifat-sifat alirannya, zat padat butiran dibagi atas dua kelompok, yaitu yang kohesif (cohesive) dan nonkohesif (noncohesive). Bahan yang noncohesive, seperti biji-bijian, pasir, dan suban (chip) plastik, dapat mengalir dengan mudah dari bin atau silo. Zat padat yang cohesive, seperti lempung basah, mempunyai ciri sulit mengalir melalui bukaan (Mc Cabe, 1999:297). Zat padat yang terlalu berharga atau terlalu mudah larut untuk ditumpukkan di udara terbuka, disimpan di dalam bin, hopper atau silo. Alat ini berupa bejana berbentuk silinder atau siku empat, terbuat dari beton atau logam. Silo biasanya tinggi dan diameternya relatif kecil. Bin tidak terlalu tinggi dan biasanya agak besar.

Bila zat padat butiran ditimbun di dalam bin atau hopper, tekanan lateral yang bekerja pada dinding lebih kecil dari yang diramalkan dari tinggi tekan (head) bahan yang berada di titik itu. Disamping itu, biasanya terdapat gesekan antara dinding dan butir-butir zat padat itu karena adanya saling mengait antara partikel pengaruh gesekan itu terasa di keseluruhan massa. Gaya gesek pada dinding cenderung mengimbangi bobot zat padat dan mengurangi tekanan yang diberikan massa itu pada dasar bejana. Dalam kasus ekstrimnya, gaya ini menyebabkan massa itu melengkung atau menjembatan, sehingga tidak dapat jatuh, walaupun bahan yang terdapat dibawahnya sudah dikeluarkan (Mc Cabe, 1993:939). Tempat penampungan sementara terbagi menjadi dua, yaitu : penyimpanan bahan secara terbuka (outdoor) dan penyimpanan bahan secara tertutup (indoor). Bahan yang tersimpan secara terbuka ini adalah bahan yang tidak dipengaruhi oleh udara, hujan, panas dan lainnya. Misalnya batubara, kayu, batu dan belerang. Tergantung dari sifat bahan, bila bahan yang disimpan dan cara penanganan bahan. Metode penyimpanan secara terbuka ini berupa penyimpanan di bawah traveling bridge, penampungan kiri-kanan jalan, overhead system dan drag scrapper system. Penyimpanan bahan secara tertutup dibagi menjadi dua cara, yakni : peyimpanan dalam bentuk timbunan dan penyimpanan dalam bin atau bunker atau silo (Perry, 1997:21–23). Jumlah keluaran padatan biasanya dibedakan dengan berbagai ukuran dari orifice atau keluaran bagian bawah dari hopper, aliran akan terjadi. Jika terjadi tegangan geser oleh material melebihi tegangan geser dari partikel di dekat bagian pengeluaran. Aliran partikel padat melalui sebuah orifice bergantung pada kemampuan dari partikel bergerak pada bagian pengeluaran (Coulson, 2002:26). Pada penyimpanan bahan padat, bentuk penyimpanan yang paling sederhana adalah dengan cara penumpukkan di tempat terbuka ataupun tertutup. Namun cara ini tidak dapat ditetapkan untuk bahan-bahan yang bersifat korosif, mudah dibakar atau mudah meledak. Kemasan-kemasan untuk bahan curah (bulk) yang besar-besar biasanya berbentuk bujur sangkar atau persegi panjang, ternuat dari baja, aluminium, kayu atau beton. Apabila isi kemasan tidak dikosongkan secara manual, maka bisa dengan cara mekanik, yaitu isi dikeluarkan melalui ujung suatu bentuk kerucut

piramida yang dikenal dengan nama corong tuang (hopper). Hopper merupakan gabungan dari alat pengocok, saringan dan katup tipe khusus untuk mengeluarkan bahan kental, lembab dan sebagainya (Cook, 1986:17).

D.3.3 METODOLOGI PERCOBAAN 3.3.1

Alat dan Deskripsi Alat Alat-alat yang digunakan dalam percobaan ini yaitu:

 Digital balance  Hopper  Stopwatch

Deskripsi Alat :

Keterangan: 1. Digital balance 2. Rails 3. Hopper 4. Scale showing head above orifice 5. Plate with four orifice 6. Pan Gambar D.3.1 Rangkaian Alat Percobaan Laju Pengeluaran dari Hopper

3.3.2

Bahan Bahan-bahan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu :

 Pasir ukuran 710, 500 dan 355 mikron  Receiver pasir  Receiver bata

3.3.3

Prosedur Percobaan

1. Mengisi hopper dengan sampel, sampai ketinggainnya 125 mm. 2. Membuka orifice yang berada pada bagian bawah hopper yang berukuran 12 mm dan menampung sampel pada bak penampung dan mencatat waktu yang diperlukan sampai sampel itu habis. 3. Menimbang sampel yang tertampung pada bak penampung dengan cara menjalankannya pada rails menuju digital balance 4. Mengulangi langkah 1-3 untuk jenis orifice yang berukuran 15 mm. 5. Menghitung laju perubahan berdasarkan diameter orifice dengan membuat grafik antara log Q terhadap log D. Nilai k diperoleh dari intercept pada grafik dan nilai n adalah nilai slope.

D.3.4 HASIL DAN PEMBAHASAN 3.4.1

Hasil Pengamatan

Tabel D.3.1 Hasil Pengamatan pada Pasir 710 mikron Diameter Orifice

Waktu yang diperlukan (detik)

Massa sampel (gram)

12

16,97

521

15

6,83

520,7



Massa sampel (gram)

12

16,56

505

15

9,18

504,7



Massa sampel (gram)

12

15,82

494,2

15

6,3

491,3

Tabel D.3.4 Hasil Pengamatan pada Pasir Receiver Diameter Orifice


Massa sampel (gram)

12

15,9

495,3

15

10,31

494,9

Tabel D.3.5 Hasil Pengamatan pada Bata Receiver Diameter Orifice


Massa sampel (gram)

12

389,31

310,2

15

144,01

310,6

3.4.2

Hasil Perhitungan

Tabel D.3.6 Hasil Perhitungan Laju Pengeluaran pada Pasir 710 mikron Diameter Orifice (mm)

Log D

Log Q

(gram)

Laju Pengeluaran (g/s)

Laju Perubahan (g/s)

16,97

521

30,7012

1,0791

1,4871

72909,64

6,83

520,7

76,2371

1,1760

1,8821

181046,5

Waktu

Massa

(s)

12 15


(s)

(gram)


12

16,56

505

30,4951

1,0791

1,4842

967,31

15

9,18

504,7

54,9782

1,1760

1,7401

1743,84

Waktu

Massa

Log D

Log Q



(s)

(gram)


12

15,82

494,2

31,2389

1,0791

1,4947

77675,36

15

6,3

491,3

77,9841

1,1760

1,8920

193873

Waktu

Massa

Log D

Log Q


Tabel D.3.9 Hasil Perhitungan Laju Pengeluaran pada Pasir Receiver Diameter Orifice (mm)

Log D

Log Q

(gram)



15,9

495,3

31,1509

1,0791

1,4934

73,51

10,31

494,9

48,0019

1,1760

1,6812

113,25

Waktu

Massa

(s)

12 15

Tabel D.3.10 Hasil Perhitungan Laju Pengeluaran pada Bata Receiver Diameter Orifice (mm)

Log D

Log Q

(gram)



389,31

310,2

0,7967

1,0791

-0,0986

321175,103

144,01

310,6

2,1567

1,1760

0,3338

869269,3

Waktu

Massa

(s)

12 15

3.4.3

Pembahasan Laju pengeluaran dipengaruhi oleh diameter orifice pada setiap bukaannya,

jenis dan ukuran partikel. Semakin besar diameter orifice maka laju pengeluaran padatan pun akan semakin besar pula. Sampel yang digunakan dalam percobaan ini adalah pasir dengan ukuran 710, 500, 355 mikron, pasir receiver dan bata receiver. Sedangkan diameter orifice yang digunakan adalah 12 dan 15 mm. Dari hasil pengamatan dan perhitungan, diperoleh nilai laju pengeluaran untuk masing-masing sampel pada diameter 12 dan 15 mm. Untuk pasir 710 mikron adalah 30,7012 dan 76,2371 g/s; untuk pasir 500 mikron yaitu 30,4951 dan 54,9782 g/s; untuk pasir 355 mikron 31,2389 dan 77,9841 g/s; untuk pasir receiver yaitu 31,1509 dan 48,0019 g/s; dan untuk bata receiver yaitu sebesar 0,7967 dan 2,1567 g/s. y = 1.9378x - 0.5977 R² = 1

1.8 1.5

Log Q

1.2

y = 4.0761x - 2.9117 R² = 1

Pasir 710 Pasir 500

y = 4.0998x - 2.9297 R² = 1

y = 2.6412x - 1.3661 R² = 1

pasir receiver bata receiver

0.9

Linear (Pasir 710)

0.6

Linear (Pasir 500)

y = 4.4625x - 4.9145 R² = 1

0.3

Linear (pasir 355) Linear (pasir receiver)

0 -0.3

pasir 355

1.06

1.08

1.1

1.12

1.14

1.16

1.18

1.2

Linear (bata receiver)

Log D

Gambar D.3.2 Hubungan antara log D dan log Q Dari Gambar D.3.2 diperoleh persamaan linier untuk masing-masing sampel. Pada pasir 710 mikron persamaannya adalah y = 4,076x – 2,911 dimana nilai k = 2,911 dan nilai n = 4,076; untuk pasir 500 mikron y = 2,641x – 1,366 dimana nilai k = 1,366 dan nilai n = 2,641; untuk pasir 355 mikron y = 4,099x – 2,929 dimana nilai k = 2,929 dan nilai n = 4,099; untuk pasir receiver y =1,937x – 0,597 dimana nilai k = 0,597 dan nilai n = 1,937; untuk bata receiver y = 4,462x – 4,914 dimana nilai k = 4,914 dan nilai n = 4,462. Nilai k (intercept) mewakili konstanta proporsional suatu

material dan nilai n (slope) mewakili ukuran dari sampel. Laju pengeluaran dipengaruhi oleh nilai intercept (k) dan nilai slope (n). Tanda negatif (-) yang terdapat pada persamaan y = nx – k menunjukkan terjadinya penurunan pada kecepatan karena adanya perlambatan pada saat proses pengeluaran sampel dari hopper. Laju perubahan adalah laju perubahan dari kecepatan saat sampel mengalami proses pengeluaran dari hopper. Nilai laju perubahan yang diperoleh untuk masingmasing sampel pada diameter 12 dan 15 mm untuk pasir 710 mikron sebesar 72909,64 dan 18146,5 g/s; untuk pasir 500 mikron sebesar 967,31 dan 1743,84 g/s; untuk pasir 355 mikron sebesar 77675,36 dan 193873 g/s; untuk pasir receiver sebesar 31,1509 dan 48,0019 g/s; untuk bata receiver sebesar 0,7967 dan 2,1567 g/s. Hasil percobaan menunjukkan bahwa semakin besar diameter orifice maka semakin cepat laju pengeluaran sampel pada hopper. Ini menunjukkan bahwa laju pengeluaran berbanding lurus dengan diameter orifice dan laju perubahannya serta berbanding terbalik terhadap waktu. Laju pengeluaran pada pasir 355 mikron yang diperoleh merupakan nilai yang paling besar bukan pasir receiver. Hal ini tidak sesuai dengan teori yang menyataan bahwa semakin kecil ukuran ayakan dari partikel maka semakin besar nilai laju pengeluaran padatannya. Hal ini disebabkan karena kondisi pasir receiver yang digunakan sedikit lembab menyebabkan laju pengeluaran menjadi lebih lambat. Laju pengeluaran pasir lebih cepat dibandingkan bata. Hal ini dikarenakan pasir memiliki ukuran yang lebih kecil sehingga desakan antar partikel di lubang keluaran hopper tidak begitu berarti, pasir akan lolos dari bukaan orifice akibat gaya tekan yang diberikan oleh partikel-partikel pasir dalam ketinggian di atas orifice. Selain itu, bata receiver yang digunakan sedikit lembab mengakibatkan partikelpartikel bata menjadi lebih berat dan membuatnya lebih sulit untuk keluar dari bukaan orifice. Hal ini berlaku untuk setiap ukuran ayakan pasir (710, 500, 355 mikron dan receiver). Semakin besar ukuran partikel semakin lambat laju pengeluaran padatannya. Faktor-faktor yang mempengaruhi pengeluaran partikel padatan adalah adanya gaya gesek pada dinding cenderung mengimbangi bobot zat padat dan mengurangi tekanan yang diberikan massa itu pada dasar bejana (pan). Hal ini akan

menyebabkan partikel tidak dapat jatuh, walaupun bahan yang terdapat dibawahnya sudah dikeluarkan. Ukuran dan partikel dalam bentuk partikel basah membuat sampel tidak bisa lolos pada bukaan orifice karena terjadi pemampatan partikel pada bukaan sehingga menghalangi pengeluaran pada hopper. Laju pengeluaran pada hopper juga dipengaruhi oleh gaya gravitasi pada saat partikel jatuh ke bejana. Tinggi sampel pada hopper yang besar akan membuat laju pengeluarannya semakin kecil karena massa yang berkumpul lebih banyak sehingga waktu yang diperlukan lebih lama.

D.3. 5 PENUTUP 3.5.1

Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diambil dari percobaan ini adalah:

1. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju pengeluaran padatan dari hopper adalah diameter orifice, jenis dan ukuran partikel, tinggi sampel dalam hopper serta kelembaban sampel. 2. Laju pengeluaran untuk pasir 710 mikron pada diameter 12 dan 15 mm masingmasing adalah 30,7012 dan 76,2371 g/s. 3. Laju pengeluaran untuk pasir 500 mikron pada diameter 12 dan 15 mm masingmasing adalah 30,4951 dan 54,9782 g/s. 4. Laju pengeluaran untuk pasir 355 mikron pada diameter 12 dan 15 mm masingmasing adalah 31,2389 dan 77,9841 g/s. 5. Laju pengeluaran untuk pasir receiver pada diameter 12 dan 15 mm masingmasing adalah 31,1509 dan 48,0019 g/s. 6. Laju pengeluaran untuk bata receiver pada diameter 12 dan 15 mm masingmasing adalah 0,7967 dan 2,1567 g/s.

3.5.2

Saran Agar praktikum berjalan dengan lancar dan data yang diperoleh lebih akurat,

maka sebelum melakukan percobaan ini sebaiknya di cek orifice pengeluarannya, dan juga perhatikan waktu pengeluaran bahan dari orifice.

Laju Pengeluaran Dari Hopper

Recommend Documents