BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang
Fluidisasi adalah suatu fenomena berubahnya sifat suatu padatan ( bed ) dalam suatu reaktor menjadi bersifat seperti fluida dikarenakan adanya aliran fluida ke dalamnya, baik berupa liquid maupun gas. Jika suatu aliran udara melewati partikel unggun yang ada dalam tabung, maka aliran tersebut akan memberikan gaya seret ( drag force) pada partikel dan menimbulkan pressure drop sepanjang unggun. Pressure drop akan naik jika kecepatan superficial
naik. Kecepatan superfisial adalah laju alir udara pada kolom yang kosong, sedangkan kecepatan interstitial adalah kecepatan udara di antara partikel unggun. Pada kecepatan superfisial rendah, ungun mula-mula diam. Jika kecepatan superfisial dinaikkan maka pada suatu saat gaya seret fluida menyebabkan unggun mengembang dan menyebabkan tahanan terhadap aliran udara mengecil, sampai akhirnya gaya seret tersebut cukup untuk mendukung gaya berat partikel unggun. Hal ini menyebabkan unggun terfluidisasi dan sistem solid-fluida menunjukkan sifat-sifat seperti fluida. Kecepatan superfisial terendah yang dibutuhkan agar terjadi fluidisasi disebut minimum fluidization velocity ( Umf ). Fluidisasi berhubungan dengan banyak proses industri kimia,
misalnya dalam proses katalisasi maupun dalam proses pemurnian gas. Proses fluidisasi ini memiliki beberapa hal penting yang harus diperhatikan, seperti jenis dan tipe fluidisasi, aplikasi dalam industri serta spesifikasi dan cara kerja alatnya. Aplikasi fluidisasi dalam proses industri sangat banyak. Hal ini dimulai pada tahun 1926 untuk Gasifier Winkler berskala besar lalu Fluidized-bed Catalytic Cracking (FCC) crude oil menjadi bensin pada tahun 1942. Aplikasi
tersebut semakin berkembang dan pada tahun 1990 dapat diklasifikasikan menjadi proses-proses kimia katalitik (seperti FCC dan sintesis FischerTropsch), proses-proses kimia nonkatalitik (seperti thermal cracking dan gasifikasi batubara), dan proses-proses fisik (seperti pengeringan dan absorpsi). Selain itu, fluidisasi kontinu banyak dimanfaatkan dalam pabrik pengolahan untuk memindahkan padatan dari satu tempat ke tempat lain.
1
Dalam praktikum kali ini mahasiswa akan melakukan percobaan fluidisasi ini sehingga mahasiswa dapat mengetahui apa itu fluidisasi, faktorfaktor yang mempengaruhi fluidisasi serta kelebihan dan kekurangan dari fluidisasi tersebut bila diaplikasikan ke dalam bidang perindustrian.
I.2. Tujuan Percobaan
Adapun tujuan dari percobaan ini adalah: 1. Menentukan kurva karakteristik fluidisasi, yaitu kurva yang menggambarkan hubungan ∆P unggun dengan U 2. Menentukan kecepatan fluidisasi minimum 3. Mengetahui fenomena-fenomena yang terjadi selama operasi fluidisasi berlangsung secara visual.
I.3. Problem Percobaan
1. Pada manometer, sering kemasukan pasir yang menyebabkan atau mempengaruhi perubahan tekanan sehingga pasir harus dibersihkan dahulu. 2. Pada unggun, banyak terdapat kotoran atau lumut sehingga akan mempengaruhi laju alir fluida.
I.4. Metode Percobaan
Pada percobaan fluidisasi yang harus dilakukan pertama kali oleh praktikan adalah meminjam alat kepada petugas labolatorium, alat yang dipinjam adalah antara lain: gelas ukur, stop watch, ember. Kemudian mengukur tinggi unggun dan kemudian mengisi tangki air sebanyak 4/5 bagian dan dijaga konstan isi air tersebut. Setelah langkah ketiga, kemudian buka kran bawah dan kran atas. Setelah terbuka nyalakan pompa . Lalu buka kran tengah. Setelah kran tengah terbuka tinggi unggun diukur dan laju alir, pressure drop diukur juga serta amati fenomena yang terjadi. Setelah langka diatas, ulangi dengan variasi pada kran tengah.
2
I.3. Manfaat Percobaan
1. Dapat mengetahui cara kerja dari fluidisasi 2. Dapat mengetahui fenomena-fenomena yang terjadi pada saat percobaan 3. Dapat mengetahui cara kerja alat manometer.
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.1. Fenomena Fluidisasi
Jika suatu aliran udara melewati suatu partikel unggun yang ada dalam tabung, maka aliran tersebut akan memberikan gaya seret ( drag force ) pada partikel dan memberikan pressure drop sepanjang unggun. Pressure drop akan naik jika kecepatan superficial naik ( kecepatan superficial adalah kecepatan aliran jika tabung kosong ). Pada kecepatan superficial rendah, unggun mula-mula diam. Jika kecepatan superficial dinaikkan maka pada suatu saat gaya seret fluida menyebabkan unggun mengembang dan tahanan terhadap aliran udara mengecil, sampai akhirnya gaya seret tersebut cukup untuk mendukung gaya berat partikel unggun dan unggun akan terfluidisasi. Sementara itu, pressure drop akan tetap walaupun kecepatan superficial terus dinaikkan dan sama dengan berat efektif unggun persatuan luas. Kecepatan superficial terendah yang dibutuhkan untuk terjadinya fluidisasi disebut Minimum Fluidization Velocity ( Umf ). Konsep dasar dari suatu partikel unggun yang terfluidisasi dapat diilustrasikan dengan fenomena yang terjadi saat adanya perubahan laju alir gas seperti pada gambar di bawah ini:
Gambar II.1.1. Fenomena fluidisasi dengan variasi laju alir gas
4
Fenomena fluidisasi pada sistem gas-padat juga dapat diilustrasikan pada gambar berikut ini:
Gambar II.1.2. Fenomena fluidisasi pada sistem gas-padat Adapun fenomena-fenomena yang dapat terjadi pada proses fluidisasi, antara lain: , terjadi ketika laju alir fluida kurang dari laju 1. Fenomena fixed bed
minimum yang dibutuhkan untuk proses awal fluidisasi. Pada kondisi ini partikel padatan tetap diam. Kondisi ini ditunjukkan pada gambar.
Gambar II.1.3. Fenomena fixed bed 2. Fenomena minimum or incipient fluidization , terjadi ketika laju alir fluida
mencapai laju alir minimum yang dibutuhkan untuk proses fluidisasi. Pada kondisi ini partikelpartikel padat mulai terekspansi. Kondisi ini ditunjukkan pada gambar.
Gambar II.1.4. Fenomena minimum or incipient fluidization 3. Fenomena smooth or homogenously fluidization, terjadi saat kecepatan
dan distribusi aliran fluida merata, densitas dan distribusi partikel dalam
5
unggun sama atau homogeny sehingga ekspansi pada setiap partikel padatan seragam. Kondisi ini ditunjukkan pada gambar.
Gambar II.1.5. Fenomena smooth or homogenously fluidization 4. Fenomena bubbling fluidization yang
terjadi
ketika
gelembung –
gelembung pada unggun terbentuk akibat densitas dan distribusi partikel tidak homogen. Kondisi ini ditunjukkan pada gambar.
Gambar II.1.6. Fenomena bubbling fluidization 5. Fenomena slugging fluidization, terjadi ketika gelembung-gelembung
besar yang mencapai lebar dari diameter kolom terbentuk pada partikelpartikel padat. Pada kondisi ini terjadi penolakan sehingga partikel-partikel padat seperti terangkat. Kondisi ini dapat dilihat pada gambar.
Gambar II.1.7. Fenomena slugging fluidization 6. Fenomena chanelling fluidization, terjadi ketika dalam unggun partikel
padatan terbentuk saluran-saluran seperti tabung vertikal. Kondisi ini ditunjukkan pada gambar.
6
Gambar II.1.8. Fenomena chanelling fluidization , terjadi saat kecepatan alir fluida 7. Fenomena disperse fluidization
melampaui kecepatan maksimum aliran fluida. Pada fenomena ini sebagian partikel akan terbawa aliran fluida dan berekspansi mencapai nilai maksimum. Kondisi ini ditunjukkan pada gambar.
Gambar II.1.9. Fenomena disperse fluidization Fenomena-fenomena fluidisasi tersebut sangat dipengaruhi oleh faktorfaktor berikut: a. Laju alir fluida dan jenis fluida b. Ukuran partikel dan bentuk partikel c. Jenis dan densitas partikel serta faktor interlok antar partikel d. Porositas unggun e. Distribusi aliran, f.
Distribusi bentuk ukuran fluida
g. Diameter kolom h. Tinggi unggun. Faktor-faktor di atas merupakan variabel-variabel dalam proses fluidisasi yang akan menentukan karakteristik proses fluidisasi tersebut. Selain itu, fenomena pada gambar II.1.2. dapat dijelaskan melalui persamaan Bernoulli dengan aliran laminer sebagai berikut, yaitu:
(1)
7
Pada gambar II.1.2., terlihat bahwa perbedaan tekanan sepanjang unggun secara linear berbanding lurus dengan laju alir volumetrik selama fluidisasi belum tercapai. Jika padatan berupa partikel seperti pasir, ketahanan partikel tersebut terhadap aliran fluida akan menurun dengan meningkatnya porositas partikel tersebut. Pengukuran ∆P pada sepanjang unggun dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:
(2) Bila Vs meningkat, є meningkat dan ∆P dijaga agar konstan. Dalam hal ini ∆ x juga akan meningkat, akan tetapi pengaruh dari kenaikan ∆ x ini lebih kecil dibandingkan pengaruh yang ditimbulkan oleh perubahan є.
Adapun
hubungan ∆ x, ∆P dan kecepatan aliran fluida dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Untuk kecepatan yang kurang dari kecepatan fluidisasi minimum ( Umf ) maka unggun akan berperilaku sebagai packed bed . Namun, jika kecepatan aliran fluida dinaikkan melebihi Umf, maka tidak hanya unggun yang terangkat, tetapi partikel akan bergerak dan akan saling berbenturan satu sama lain dan akhirnya keseluruhan massa partikel akan menjadi fluida.
Gambar II.1.1. Grafik Transition from packed bed to fluidized bed Selama fluidisasi, penurunan tekanan sepanjang unggun akan tetap walaupun kecepatan superfisial terus dinaikkan dan sama dengan berat efektif unggun persatuan luas:
8
(3) dimana:
m = massa partikel ρp = densitas partikel Sb = luas area unggun ρf = densitas fluida g
= percepatan gravitasi
Jika laju alir ke unggun terfluidisasi diturunkan bertahap, penurunan tekanan akan tetap konstan dan tinggi unggun akan berkurang.Walaupun demikian, tinggi unggun terakhir akan lebih besar daripada tinggi mula-mula untuk fixed bed . Hal ini dikarenakan solid di dalam tabung cenderung berkumpul lebih rapat daripada jika solid diam secara bertahap dari keadaan terfluidisasi. Penurunan tekanan pada laju alir rendah lebih kecil daripada nilai awal di fixed bed . Unggun yang terfluidisasi akan bersifat menyerupai liquid, diantaranya:
Benda yang lebih ringan akan mengapung di atas unggun ( yaitu bendabenda yang densitasnya lebih kecil daripada densitas bulk unggun )
Permukaan akan tetap horizontal bahkan dalam unggun yang miring
Solid dapat mengalir melalui bukaan di kolom sama seperti liquid
Unggun memiliki tekanan statis karena gravitasi, nilainya sebesar ρogh
Ketinggian antara dua unggun terfluidisasi yang serupa sama dengan tekanan statik mereka.
II.2. Jenis-Jenis Fluidisasi II.2.1. Fluidisasi Partikulat
Dalam fluidisasi pasir dengan air, partikel-partikel bergerak menjauh satu sama lain dan gerakannya bertambah hebat dengan meningkatnya kecepatan, tetapi densitas unggun rata-rata pada suatu kecepatan tertentu sama di semua bagian unggun. Proses ini disebut
9
fluidisasi partikulat dan bercirikan ekspansi hamparan yang cukup besar tetapi seragam pada kecepatan tinggi. ( McCabe, 1985:151 ) Akan tetapi, tidak semua fluida liquid pasti menghasilkan fluidisasi partikulat, hal ini dipengaruhi oleh perbedaan densitas. Dalam kasus dimana densitas fluida dan solid tidak terlalu berbeda, ukuran partikel kecil, dan kecepatan aliran fluida rendah, unggun akan terluidisasi merata dengan tiap partikel bergerak sendiri-sendiri melewati jalur bebas rata-rata ( mean free path ) yang relatif sama. Fase padat ini memiliki banyak karakteristik liquid dan disebut fluidisasi partikulat. Pada fluidisasi partikulat, ekspansi yang terjadi adalah seragam dan persamaan Ergun, yang berlaku untuk unggun diam, dapat dikatakan masih berlaku untuk unggun yang agak mengembang. Andaikan
aliran
di
antara
partikel-partikel
itu
adalah
laminar,
persamaan yang berlaku untuk hamparan yang mengalami ekspansi adalah ( McCabe, 1985:152 ):
(4)
II.2.2. Fluidisasi Agregat / Fluidisasi Gelembung
Unggun yang difluidisasikan dengan udara biasanya menunjukkan fluidisasi agregat. Pada kecepatan superfisial yang jauh melebihi Umf, kebanyakan gas akan melewati unggun sebagai gelembung atau ronggarongga kosong yang tidak berisikan zat padat dan hanya sebagian kecil gas yang mengalir dalam saluran-saluran yang terbentuk di antara partikel. Gelembung yang terbentuk berperilaku hampir sama dengan gelembung udara di dalam air atau gelembung uap di dalam zat cair yang mendidih, dan karena itu fluidisasi jenis ini sering disebut fluidisasi didih ( boiling bed ). ( McCabe, 1985:151 ) Gelembung-gelembung yang terbentuk cenderung bersatu dan menjadi besar pada waktu naik melalui hamparan fluidisasi itu. Jika
10
kolom yang digunakan berdiameter kecil dengan hamparan zat padat yang tebal, gelembung itu mungkin berkembang hingga memenuhi seluruh penampang. Gelembung-gelembung yang beriringan lalu bergerak ke puncak kolom terpisah dari zat padat yang seakan-akan tersumbat. Peristiwa ini disebut penyumbatan ( slugging ). ( McCabe, 1985:151 ) Penyamarataan bahwa fluida gas pasti menghasilkan fluidisasi gelembung tidak sepenuhnya benar. Perbedaan densitas merupakan parameter yang penting. Pada kasus dimana densitas fluida dan solid berbeda jauh atau ukuran partikel besar, kecepatan aliran fluida yang dibutuhkan lebih besar dan fluidisasi yang terjadi tidak merata. Sebagian besar fluida melewati unggun dalam bentuk gelembung ( bubbles ). Di sini, unggun memiliki banyak karakteristik liquid dengan
fasa fluida terjadi pada saat gas menggelembung melewati unggun. Fluidisasi jenis ini disebut fluidisasi agregat. Partikel unggun yang lebih ringan, lebih halus, dan bersifat kohesif sangat sukar terfluidisasi karena gaya tarik antarpartikel lebih besar daripada gaya seretnya. Partikel cenderung melekat satu sama lain dan gas menembus unggun dengan membentuk channel. Pengembangan volume unggun dalam fluidisasi gelembung terutama disebabkan oleh volume yang dipakai oleh gelembung uap, karena fase rapat pada umumnya
tidak
berekspansi
dengan
peningkatan
aliran.
Dalam
penurunan berikut ini, aliran gas melalui fase rapat diandaikan sama dengan Umf dikalikan dengan fraksi unggun yang diisi oleh fase rapat, ditambah sisa aliran gas yang dibawa oleh gelembung ( McCabe, 1985:154 ), sehingga:
(5) dimana:
f b = fraksi unggun yang diisi gelembung ub = kecepatan rata-rata gelembung
Dalam fluidisasi agregat, fluida akan membuat gelembung pada padatan unggun dalam tingkah laku yang khusus. Gelembung fluida
11
meningkat melalui unggun dan pecah pada permukaan unggun dan akan tejadi “splashing” dimana partikel unggun akan bergerak ke atas. Seiring dengan meningkatnya kecepatan fluida, perilaku gelembung akan bertambah besar. Keberadaan fluidisasi partikulat atau agregatif merupakan hasil dari pengaruh gaya gravitasi pada fasa-fasa yang ada dalam unggun terfluidisasi dan juga karena mekanika fluida ruah dari sistem. Angka Froude,
, yaitu rasio antara kinetik dengan energi gravitasi
merupakan salah satu kriteria penentu jenis fluidisasi apa yang terjadi.
II.2.3. Fluidisasi Kontinu
Bila kecepatan fluida melalui hamparan zat padat cukup besar, maka semua partikel dalam hamparan itu akan terbawa ikut oleh fluida hingga memberikan suatu fluidisasi kontinu. Prinsip fluidisasi ini terutama diterapkan dalam pengangkutan zat padat dari suatu titik ke titik lain dalam suatu pabrik pengolahan di samping ada beberapa reaktor gas zat padat lama yang bekerja dengan prinsip ini. Contohnya adalah dalam tranportasi lumpur dan tranportasi pneumatic. ( McCabe, 1985:151 ) Ketika laju alir fasa fluida melewati kecepatan terminal partikel, unggun terfluidisasi akan kehilangan identitasnya karena partikel solid terbawa dalam aliran fluida. Metoda pengangkutan ini sering digunakan dalam industri, biasanya dengan udara sebagai fasa fluida, antara lain untuk mengangkut produk dari pengering semprot ( spray dryers). Keuntungan metoda ini adalah kehilangan yang terjadi sedikit, prosesnya bersih, dan kemampuannya untuk memindahkan sejumlah besar solid dalam waktu singkat. Tetapi kerugiannya antara lain ada kemungkinan terjadi kerusakan partikel solid serta korosi pada pipa mungkin besar. Dalam fluidisasi, karena sifat-sifat partikel padat yang menyerupai sifat fluida cair dengan viskositas tinggi, metode pengontakan fluidisasi memiliki beberapa keuntungan dan kerugian.
12
II.3. Sifat dan Karakteristik dari Partikel Unggun a. Ukuran Partikel
Padatan dalam unggun yang terfluidisasi tak pernah sama dalam ukuran dan mengacu pada distribusi ukuran partikel tersebut. Untuk menghitung ukuran
partikel
rata-rata
dengan
menggunakan
diameter
rata-rata
permukaan.
(6) dimana:
dp = diameter partikel rata-rata yang secara umum digunakan untuk desain dsv = diameter dari suatu bidang
b. Densitas Padatan
Padatan dapat dibedakan menjadi 3 bagian berdasarkan densitasnya yaitu bulk, skeletel, dan particle. Densitas bulk merupakan pengukuran berat dari
keseluruhan partikel dibagi dengan volume partikel. Pengukuran ini menyertakan faktor kekosongan dalam poripori partikel. Skeletel adalah densitas suatu padatan jika porositasnya nol. Adapun densitas partikel adalah berat dari suatu partikel dibagi dengan volumenya dengan menyertakan poripori. Jika tidak ada nilai untuk densitas partikel, maka pendekatan untuk densitas partikel dapat diperoleh dengan membagi dua densitas bulk.
c. Penurunan Tekanan
Penurunan 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 di luar kondisi ketika akselerasi penurunan tekanan dapat diterima, penurunan tekanan akan dihasilkan dari static head padatan. Untuk itu, berat suatu partikel unggun jika
dibagi
dengan
tinggi
padatan
akan
menghasilkan
densitas
sesungguhnya dari unggun yang terfluidisasi. Formulanya dirumuskan sebagai berikut:
13
(7) Salah satu aspek yang akan ditinjau dalam percobaan ini adalah mengetahui besarnya penurunan tekanan ( pressure drop ) di dalam unggun padatan yang terfluidakan. Hal tersebut mempunyai arti yang cukup penting karena selain erat sekali hubungannya dengan besarnya energi yang diperlukan, juga bisa memberikan indikasi tentang kelakuan unggun selama operasi berlangsung.
Penentuan
besarnya
hilang
tekan
di
dalam
unggun
terfluidakan terutama dihitung berdasarkan rumus-rumus yang diturunkan untuk unggun diam, terutama oleh Balke, Kozeny, Carman, ataupun peneliti-peneliti lainnya. Korelasi-korelasi matematik yang menggambarkan hubuangan antara hilang tekan dengan laju alir fluida di dalam suatu sistem unggun diam diperoleh pertama kali pada tahun 1922 oleh Blake melalui metode-metode yang bersifat semi empiris, yaitu dengan menggunakan bilangan-bilangan kehilangan
energi
tidak
berdimensi.
terutama
Untuk
disebabkan
oleh
aliran gaya
laminer
dengan
viscous,
Blake
memberikan hubungan :
(8) dimana: ΔP/L = hilang tekan per satuan panjang/ tinggi unggun gc
= faktor gravitasi
μ
= viskositas fluida
ε
= porositas unggun yang didefinisikan sebagai perbandingan
volume ruang kosong didalam unggun dengan volume unggun u
= kecepatan alir superfisial fluida
S
= luas permukaan spesifik partikel
d. Sphericity Sphericity merupakan faktor bentuk yang dinyatakan sebagai rasio dari area
permukaan volume partikel bulat yang sama dengan partikel itu dibagi dengan area permukaan partikel.
(9)
14
Material yang melingkar seperti katalis dan pasir bulat memiliki nilai sphericity sebesar 0.9 atau lebih.
e. Kecepatan Fluidisasi Minimum ( U mf )
Kecepatan fluidisasi minimum adalah kecepatan superficial terendah yang dibutuhkan
untuk
terjadinya
fluidisasi.
Umf
dapat
dicari
dengan
menggunakan persamaan: ( 10 ) Di mana bilangan Archimides ( Ar ) adalah : ( 11 ) Untuk memprediksi Umf, Ergun menurunkan suatu korelasi dengan cara menyamakan pressure drop pada saat Umf dengan berat unggun persatuan luas dan diperoleh persamaan sebagai berikut.
( 12 ) Suku pertama persamaan Ergun dominan untuk aliran laminer sedangkan suku kedua dominan pada aliran turbulen. Pengukuran Umf dapat diperoleh dari grafik ∆P vs U m ,f yaitu sesuai titik potong atau antara bagian kurva yang datar seperti yang digambarkan pada gambar II.1.10..
f.
Kecepatan Terminal
Kecepatan terminal suatu partikel ( U t ) merupakan kecepatan gas yang dibutuhkan untuk mengatur partikel tunggal yang tersuspensi dalam aliran gas. Kecepatan terminal suatu partikel dinyatakan dalam persamaan:
( 13 ) Dalam aliran laminer dan mengikuti Hukum Stokes:
( 14 ) Jadi, kecepatan terminal untuk partikel tunggal berbentuk bulat adalah:
( 15 )
15
Dan untuk partikel besar dengan C d = 0.43
( 16 ) Persamaan ini mengindikasikan bahwa untuk partikel yang berukuran kecil viskositas merupakan faktor dominan setiap gas dan untuk partikel berukuran besar densitas merupakan faktor yang terpenting. Kedua persamaan di atas mengabaikan gaya antar partikel. Secara umum kecepatan selip ( U selip ) atau kecepatan efektif terminal untuk partikel dalam suspensi( U* t ) adalah: ( 17 ) Kekosongan f( є ) dari unggun yang terfluidisasi adalah fraksi mol yang terjadi oleh gas. Fungsi t dapat dinyatakan dengan pendekatan KozenyCharman berikut. ( 18 ) Pendekatan lain yang digunakan untuk sistem banyak fasa yaitu korelasi Richardson-Zaki untuk partikel tunggal dalam suspensi, yaitu: ( 19 ) n merupakan fungsi dari d p /D dan bilangan Re yang divariasikan dari 2.44.7.
g. Batas Partikel
Partikel
diklasifikasikan
berdasarkan
bagaimana
partikel
tersebut
terfluidisasi dalam udara pada kondisi tertentu. Partikel tersebut dapat diklasifikasikan menjadi:
Partikel halus
Partikel kasar
Kohesif, partikel yang sangat halus
Unggun yang bergerak
h. Gaya Antar Partikel
Gaya antar partikel sering kali diabaikan dalam fluidisasi meskipun dalam banyak kasus gaya ini lebih kuat dibandingkan hydrodinamic yang digunakan dalam banyak korelasi. Gaya antar partikel yang berhubungan
16
atau berkaitan dengan unggun yang terfluidisasi, misalnya van der waals, elektrostatik, dan kapilaritas.
i. Daerah Batas Fluidisasi ( Fluidization Regimes )
Pada kecepatan gas rendah, suatu padatan dalam tabung unggun akan berada pada kondisi konstan seiring dengan bertambahnya kecepatan gas, gaya seret, dan gaya buoyant mengalahkan berat partikel serta gaya antar partikel tersebut. Pada fluidisasi minimum partikel memperlihatkan pergerakan yang minimal dan secara langsung unggun akan sedikit terangkat.
II.4. Kelebihan dan Kekurangan Teknik Fluidisasi Kelebihan dari teknik fluidisasi adalah:
1. Properti transfer panas yang baik dalam gas-fluidized bed . Gelembung yang terbentuk menjaga unggun bersifat isotermal dan laju transfer panas yang tinggi diperoleh antara unggun dan permukaan yang dicelupkan. 2. Sifat unggun yang menyerupai fluida memungkinkan adanya aliran zat padat secara kontinu dan memudahkan pengontrolan. 3. Perpindahan panas antara unggun terfluidakan dengan media pemindah panas yang baik memungkinkan pemakaian alat penukar panas yang memiliki luas permukaan kecil. 4. Perpindahan panas dan kecepatan perpindahan mass antara partikel cukup tinggi. 5. Sirkulasi butiran-butiran padat antara dua unggun fluidisasi memungkinkan pemindahan jumlah panas yang besar dalam reaktor.
Kekurangan dari teknik fluidisasi adalah:
1. Kecepatan fluida yang digunakan terbatas pada jangkauan dimana unggun terfluidisasi. Jika kecepatan jauh lebih besar dari Umf, dapat terjadi kehilangan material yang cukup besar akibat terbawa keluar dari unggun serta ada kemungkinan terjadi kerusakan partikel karena kecepatan operasi yang terlalu besar.
17
2. Tenaga untuk memompa fluida sehingga terjadi fluidisasi harus besar untuk unggun yang besar dan dalam. 3. Ukuran dan tipe partikel yang dapat digunakan dalam teknik ini terbatas. 4. Karena sifat unggun terfluidisasi yang kompleks, seringkali terjadi kesulitan dalam mengubah skala kecil menjadi skala industri. 5. Adanya erosi terhadap bejana dan sistem pendingin. 6. Butiran halus akan terbawa aliran sehingga mengakibatkan hilangnya sejumlah tertentu padatan.
18
BAB III PELAKSANAAN PRAKTIKUM
III.1. Bahan Yang Digunakan
-
Ai r
-
Unggun Pasir
III.2. Alat Yang Dipakai
-
Satu set alat fluidisasi
-
Stopwatch
-
Gelas ukur
-
Ember
-
Beaker glass
-
Piknometer
-
Neraca analitik
III.3. Gambar Alat
Gambar III.3.1. Susunan alat kolom fluidisasi
19
Keterangan gambar : 1. Kran atas
6. Unggun pasir
2. Kran bawah
7. Kolom fluidisasi
3. Kran tengah
8. Tangki luapan air
4. Bak penampung air
9. Pompa
5. Manometer
III.4. Variabel
III.4.1. Variabel tetap
: waktu
III.4.2. Variabel berubah : putaran kran
III.5. Prosedur Percobaan
Prosedur yang harus dilakukan adalah: 1. Isi tangki penampung dengan air. 2. Mengukur tinggi unggun diam dan diameter kolom. 3. Membuka kran atas dan bawah. 4. Menyalakan pompa . 5. Membuka kran tengah sesuai variabel berapa banyak putaran. 6. Mengukur kecepatan volumetrik, pressure drop, tinggi unggun dan fenomena unggun. 7. Mengulangi percobaan diatas sesuai variabel yang ditentukan. 8. Setelah selesai melakukan percobaan, tutup kran tengah. 9. Kemudian matikan pompa.
20
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1. Tabel Hasil Pengamatan
Tabel IV.1.1. Tabel hasil pengamatan
Percobaan
1.
Putaran
Selisih
Tinggi
Kecepatan
kran
tinggi
unggun
laju alir
manometer
(cm)
(c m /s)
0
6.5
0
Tertutup
Fenomena
3
Pasir
diam
unggun
(
tidak
bergerak ) 2.
½
1
7.5
42.5
Unggun bergerak sedikit ke atas
3.
1
2.1
9
142.5
Unggun bergerak dengan
terdapat
gelembunggelembung
pada
pasir 4.
1 ½
2.9
11
160
Unggun bergerak keatas
semakin
cepat 5.
2
3.7
12
165
Unggun bergerak keatas
hampir
keseluruhan
21
IV.2. Tabel Hasil Perhitungan
Tabel IV.2.1. Tabel hasil perhitungan
IV.3. Grafik
a. Grafik antara Laju Alir Volumetrik ( Q ) dengan Tinggi Unggun Bergerak 14 12 k a r e 10 g r e B ) 8 n u m g c g ( 6 n U i g 4 g n i T 2 0 0
50
100
150
200
Q ( cm3/dt )
Gambar IV.3.1. Grafik Q vs. Tinggi unggun bergerak
22
b. Grafik antara N Re dengan Tinggi Unggun Bergerak 14
k 12 a r e g 10 r e B ) 8 n u m g c g ( 6 n U i 4 g g n i 2 T 0 0
20
40
60
80
Nre
Gambar IV.3.2. Grafik N Re vs. Tinggi unggun bergerak
c. Grafik antara Kecepatan Fluidisasi Minimum Perhitungan ( U m f ) dengan Tinggi Unggun Bergerak 14
k a r 12 e g r 10 e B ) 8 n u m c g g ( 6 n 4 U i g 2 g n i 0 T 0
5000
10000
15000
20000
25000
Umf perhitungan ( cm/dt )
Gambar IV.3.3. Grafik U mf perhitungan vs. Tinggi unggun bergerak
d. Grafik antara Kecepatan Fluidisasi Minimum Pengamatan ( U
mf )
dengan Tinggi Unggun Bergerak 15
k a r e g r 10 e B ) n u m g c 5 g ( n U i g 0 g n i 0 T
10000000
20000000
30000000
Umf pengamatan ( cm/dt )
Gambar IV.3.4. Grafik U mf
pengamatan
vs. Tinggi unggun bergerak
23
e. Grafik antara Laju Alir Volumetrik ( Q ) dengan ∆P pengamatan 50
n a 40 n a n k a e t T a 30 n m a a a g 20 d n e e P b r 10 e P 0 0
50
100
150
200
Q ( cm3/dt )
Gambar IV.3.5. Grafik Q vs. ∆P pengamatan
f.
Grafik antara Kecepatan Linier ( Vo ) dengan Tinggi Unggun Bergerak 14 12 k a r e g 10 r e B ) 8 n u m c g g ( 6 n U i 4 g g n i T 2 0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Kecepatan Linier ( cm/dt )
Gambar IV.3.6. Grafik Vo vs. Tinggi unggun bergerak
IV.4. Pembahasan
Pada percobaan fluidisasi yang dilakukan terdapat 5 ( lima ) perlakuan yang dilakukan pada kran tengah, yaitu putaran kran pada saat tertutup, ½, 1, 1½, dan 2. Pada masing-masing keadaan ini diukur tinggi perubahan unggun pasir, perubahan tekanan pada manometer dan laju alir volumetrik yang terjadi. Dari hasil pengamatan dan perhitungan didapatkan: 1. Pada grafik ( Gambar IV.3.1. ), dapat diketahui bahwa tinggi unggun bergerak semakin besar dengan bertambahnya laju alir
24
volumetrik. Hal ini dipengaruhi oleh pengambilan volume air, waktu, dan pengukuran tinggi unggun bergerak. 2. Pada grafik ( Gambar IV.3.2. ), dapat diketahui bahwa tinggi unggun bergerak semakin besar dengan bertambahnya N
Re .
Hal
ini dipengaruhi laju alir linier dari masing-masing putaran kran. 3. Pada grafik ( Gambar IV.3.3. ), dapat diketahui bahwa tinggi unggun bergerak semakin besar dengan bertambahnya kecepatan minimum fluidisasi ( U mf ). Hal ini dipengaruhi oleh ∆P dari perhitungan. 4. Pada grafik ( Gambar IV.3.4. ), dapat diketahui bahwa tinggi unggun bergerak semakin besar dengan bertambahnya kecepatan minimum fluidisasi ( U mf ). Hal ini dipengaruhi oleh ∆P dari pengamatan. 5. Dari grafik ( Gambar IV.3.5. ), dapat diketahui bahwa
∆P
pengamatan semakin besar dengan bertambahnya laju alir volumetrik. Hal ini dipengaruhi oleh pengambilan volume air dan waktu pada saat percobaan. 6. Dari grafik ( Gambar IV.3.6. ), dapat diketahui bahwa Vo pengamatan semakin besar dengan bertambahnya tinggi unggun bergerak. Hal ini sama seperti yang terjadi pada grafik Q vs. tinggi unggun bergerak yang sama-sama bertambah tinggi seiring bertambahnya tinggi unggun bergerak.
25
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1. Kesimpulan
Adapun dari percobaan fluidisasi yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan bahwa: 1. Semakin besar putaran kran, maka kecepatan laju alir linier / laju alir volumetriknya semakin besar pula. 2. Kecepatan laju alir linier / laju alir volumetrik dipengaruhi oleh volume air yang terambil dan waktu pada saat percobaan. 3. Semakin besar putaran kran juga akan mengakibatkan bilangan Reynold ( N Re ), ∆P ( perbedaan tekanan ), dan U m f ( kecepatan minimum fluidisasi ) semakin besar pula. 4. Semakin besar laju alir volumetriknya ( Q ) maka akan mempercepat proses terfluidisasinya unggun pasir tersebut.]
V.2. Saran
Untuk
praktikum
kedepannya
diharapkan
alat-alat
kolom
fluidisasi terlebih dahulu dicek keadaannya sehingga tidak terjadi kemacetan pada saat percobaan dikarenakan salah satu alat rusak / tidak berfungsi dengan baik.
26
