UNIT OPERASI I : PROSES MEKANIK PNEUMATIC CONVEYOR
Disusun oleh : Kelompok 2 Dinda Labibah Ubay Farel Abdala Shiddiq Louis Claudia Marpaung Riski Amalia
(21030113130196) (21030113130195) (21030113130201) (21030113120103)
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2014 1
KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa berkat rahmat dan hidayah-Nya kami dapat menyelesaikan makalah Unit Operasi I : Proses Mekanik dengan judul “Pneumatic Conveyor” dengan lancar dan sesuai harapan. Ucapan terimakasih juga kami ucapkan kepada dosen pengampu mata kuliah Unit Operasi I : Proses Mekanik, Ir. Herry Santosa, M.T., yang telah membimbing kami sehingga tugas makalah ini dapat terselesaikan. Kepada orang tua kami yang selalu mendukung kami. Kepada teman-teman yang telah membantu baik dalam segi waktu maupun motivasi apapun kami ucapkan terimakasih. Makalah dengan judul “Pneumatic Conveyor” ini merupakan salah satu makalah yang kami buat guna memenuhi tugas mata kuliah Unit Operasi I : Proses Mekanik. Makalah ini berisi tentang pneumatic conveyor meliputi definisi, konstruksi alat, prinsip kerja, kelebihan dan kekurangan serta tata cara perhitungan alat tersebut. Makalah ini merupakan makalah yang kami kerjakan semaksimal mungkin namun kami menyadari pasti ada kekurangan yang perlu kami perbaiki. Maka dari itu, kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat kami harapkan.
Semarang, Desember 2014
Penyusun
2
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL........................................................................................... KATA PENGANTAR.......................................................................................... DAFTAR ISI....................................................................................................... BAB I PENDAHULUAN................................................................................... I.1. Latar Belakang Masalah.......................................................................... I.2. Rumusan Masalah.................................................................................... I.3. Tujuan...................................................................................................... BAB II ISI........................................................................................................... II.1. Definisi................................................................................................... II.2. Konstruksi Alat....................................................................................... II.3. Kelebihan dan Kekurangan.................................................................... II.4. Prinsip Kerja........................................................................................... II.5.Perhitungan Prancangan.......................................................................... BAB III PENUTUP............................................................................................ DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................
i ii iii 1 1 1 1 2 2 2 5 5 9 12 13
3
BAB I PENDAHULUAN I.1
Latar Belakang Masalah Unit Operasi adalah suatu tahapan dasar dalam suatu proses. Unit operasi tidak hanya mengubah suatu zat seperti reaksi di dalam reaktor kimia namun juga terjadi perubahan fisik maupun fasa seperti pemisahan, kristalisasi, penguapan, filtrasi dan beberapa contoh lainnya. Secara garis besar dapat dibagi dalam lima kelas yaitu, proses aliran fluida, proses perpindahan panas, proses perpindahan massa, proses termodinamis, dan proses mekanis. Proses mekanik adalah proses yang dilakukan secara mekanis untuk materi berbentuk padatan. Proses mekanik termasuk pengecilan dan pembesaran ukuran, pemilahan ukuran, aglomerasi, pencampuran padatan, dan transportasi zat padat. Salah satu proses mekanik yaitu transportasi zat padat yang merupakan suatu sistem untuk memindahkan material padat dari suatu tempat ke tempat yang lain. Salah satu contoh dari transportasi zat padat yang akan dibahas dalam makalah ini adalah pneumatic conveyor.
I.2
Rumusan Masalah 1. Apa pengertian pneumatic conveyor? 2. Bagaimanakah gambar konstruksi alat pneumatic conveyor? 3. Bagaimana kelebihan dan kekurangan alat pneumatic conveyor ini? 4. Bagaimana prinsip kerja dari pneumatic conveyor? 5. Bagaimana perhitungan perancangan pneumatic conveyor?
I.3
Tujuan 1. Mahasiswa dapat memahami dan menjelaskan pengertian pneumatic conveyor. 2. Mahasiswa dapat memahami dan menjelaskan gambar konstruksi alat pneumatic conveyor. 3. Mahasiswa dapat memahami dan menjelaskan kelebihan dan kekurangan alat pneumatic conveyor. 4. Mahasiswa dapat memahami dan menjelaskan prinsip kerja dari pneumatic conveyor. 5. Mahasiswa dapat memahami dan menjelaskan perhitungan perancangan pneumatic conveyor.
BAB II ISI 4
II.1.
DEFINISI Pneumatic conveyor atau conveyor udara berfungsi untuk memindahkan bahan curah (bulk load) di dalam suatu aliran udara yang bergerak melalui pipa. Penggunaan pneumatic conveyor banyak diterapkan pada industri makanan dan minuman untuk mengangkut berbagai material kering dan material bubuk. Kapasitas pneumatic conveyor bisa mencapai 300 ton/jam untuk satu pipa, dan jarak perpindahan bisa mencapai 1,8 km dengan ketinggian 100 m tanpa perpindahan antara. Karakteristik conveyor untuk bahan yang berbeda dapat bervariasi secara signifikan. Khususnya untuk bahan yang diangkut dalam fase padat. Setiap sistem pneumatik, yang menggunakan pipa atau saluran yang disebut jalur transportasi yang membawa campuran bahan dan aliran udara. Bahan-bahan ini seperti bahan bubuk mengalir ditumbuk seperti semen, fly ash, dll. Bahan-bahan ini dapat diangkut dengan mudah ke berbagai tujuan dengan menggunakan aliran udara kecepatan tinggi melalui jalur pipa. Produk dipindahkan melalui berbagai tabung melalui tekanan udara,
II.2.
KONSTRUKSI ALAT A. Sistem Komponen
Gambar 1. Sistem komponen pada pneumatic conveyor
Berikut ini bagian-bagian pada pneumatic conveyor : 1. Rotary blower/centrifugal fan Merupakan alat yang digunakan sebagai pembangkit tenaga udara/angin untuk penghembusan dan penghisapan produk. 2. Conveyor pipe
5
Merupakan alat yang berbentuk pipa yang mengalirkan produk dari bawah ke atas dengan sistem vacum. 3. Cyclone Merupakan alat yang digunakan untuk memisahkan produk dari udara yang bebentuk cones dan dilengkapi dengan air lock. Produk dan udara yang masuk kedalam cyclone secara tragensial akan membentuk gerakan spiral yang mengakibatkan adanya gaya sentrifugal, sehingga terjadi pemisahan produk dengan kecepatan konstan. Udara akan keluar melalui outlet sedangkan produk akan keluar melalui air lock. 4. Filter Merupakan alat yang digunakan untuk memisahkan udara dari produk yang tidak berhasil dibersihkan oleh cyclone karena efisiensi cyclonehanya antara 70% hngga 90%. Dalam sistem pneumatik, tekanan udara diubah dengan penggerak udara (air mover), yang menghasilkan tekanan atau vacuum. Ketika berada di awal sistem, air mover mendorong udara melalui sistem dan sistem beroperasi di bawah tekanan. Ketika berada di akhir sistem, penggerak udara menarik udara melalui sistem dan sistem berjalan di bawah vakum. Dengan mengendalikan tekanan atau vakum dan aliran udara di dalam sistem, maka sistem dapat mentransfer material. B. Metode Pneumatic conveying sistem dibagi menjadi dua yaitu dilute phase dan dense phase. Dimana keduanya dapat bekerja secara under pressure atau vacuum. 1. Dilute Phase
Gambar 2. Sistem pneumatic conveying tipe dilute phase System ini bergantung pada kecepatan aliran udara. Di awal system, kecepatan aliran udara (dimana material diambil, tertahan di feedpoint), umumnya dianggap sebagai daerah kritis karena udara pada kecepatan terendah dalam seluruh system terdapat pada titik ini. Material turun dari keadaan statis ke dalam aliran udara. Kecepatan udara yang dibutuhkan untuk mengambil bahan tergantung pada masing-masing partikel ukuran dan padatan, tetapi dapat berkisar 3,000 untuk 8.000 fpm (feet per menit). Dilute phase beroperasi pada kecepatan yang relative tinggi di perbedaan tekanan 6
yang relative rendah. Untuk merancang pneumatic dilute phase harus menggunakan perhitungan massa (pon bahan/ pon udara). Sedangkan untuk mempertimbangkan suhu udara ambient lokasi, kelembaban, dan altitude (ketinggian tempat). 2. Dense Phase
Gambar 3. Sistem pneumatic conveying tipe dense phase Dalam system ini, bahan dari penyimpanan dimuat oleh gravitasi ke transporter. Setelah transporter penuh, katup inlet bahan dan ventilasi katup ditutup dan dikompresikan udara lalu dicampurkan ke dalam transporter. Dikompresi udara ekstrud material transporter ke conveyor line dank e destination. Saat transporter dan conveyor line kosong, udara terkompresi dimatikan dan transporter reloaded. System ini terus terjadi sampai semua material yang dibutuhkan untuk proses tersebut telah ditransfer.
II.3.
KELEBIHAN DAN KEKURANGAN A. Kelebihan Perawatan yang relative murah. Konsumsi daya yang kecil. Fleksibilitas pengangkutan. Proses pemindahan terjadi hampir tanpa losses karena material dipindah. dalam pipa yang ditutup rapat. Memiliki kemampuan untuk memindahkan material berdebu. 7
Menghemat uang dan ruang. B. Kekurangan Pemakaian energinya lebih besar dibanding jenis konveyor lainnya untuk jumlah pengangkutan yang sama. Perhitungan- perhitungan pada konveyor pneumatik memuat faktorfaktor yang tidak terdapat di luar data-data peralatan pabrik. II.4.
PRINSIP KERJA A. Sistem Tekanan Positif (Positive Pressure System) Sistem tekanan positif beroperasi di atas tekanan atmosfer dan digunakan untuk memindahkan bahan dari sumber tunggal atau ganda untuk satu atau beberapa tujuan, jarak yang digunakan menengah dengan kapasitas lebih besar dari yang mungkin dilakukan dengan menggunakan sistem vakum. Terdiri dari rotary airlock, penyaring/ pemisah, susunan siklon, dan blower. Bahan memasuk pipa conveyor dengan tekanan lebih tinggi, melalui perangkat umpan khusus, biasanya katup (rotary airlock valve). Bahan ini sering tersuspensi dalam aliran udara dan bergerak dengan kecepatan yang relatif tinggi tergantung pada ukuran partikel padat. Bahan yang tersuspensi dengan udara dipisahkan pada titik terminal dengan suatu penyaring / pemisah siklon, lalu bahan langsung ke masuk ke pipa proses yang dibuang ke perangkat berkumpulnya debu hilir. Dalam sistem semacam ini, bahan tidak melalui fan / blower. Maka ada dua keuntungan ini. Pertama, roda kipas tidak merusak bahan. Kedua, kipas tidak mengalami keausan karena bahan. Sistem ini umumnya beroperasi secara terus menerus (continue) bahan terus dimasukan pada titik awal, dan tiba di tempat tujuan tanpa gangguan. Hal ini memungkinkan sistem semacam ini mudah diadaptasi untuk kapasitas dan aplikasi berat terus menerus.
Skema di bawah ini menunjukkan pengaturan dari komponen sistem tekanan positif :
8
Gambar 4. Sistem Tekanan Positif Pneumatic Conveyor B. Sistem Tekanan Negatif atau vakum (Negative Pressure Or Vacuum System) Sistem conveying tekanan negatif beroperasi dengan tekanan di bawah tekanan atmosfer. Tekanan negatif (vakum) umumnya digunakan untuk memindahkan materi dari berbagai sumber seperti tangki penyimpan, peralatan proses, truk dan mobil, ke satu atau beberapa tujuan. Sistem vakum sangat baik untuk beberapa sisi masuk, produk melalui katup pengalir sederhana, tetapi mahal jika produk memiliki beberapa tempat tujuan karena masing-masing harus memiliki receiver penyaring sendiri dengan kemampuan vakum parsial. Sistem tekanan negatif umumnya menggunakan penghisap hingga 50 % vakum untuk memindahkan materi melalui pipa ke tujuan dimana udara dan produk dipisahkan di tempat dengan receiver penyaringan , atau siklon. Produk memasuki conveyor secara langsung, atau dengan metering jika diperlukan, melalui katup (rotary airlock valve). Bahan dibuang secara terus menerus oleh airlock rotary atau sesekali oleh katup hopper, ke tangki penyimpanan atau titik pembuangan lainnya. Dalam sistem vakum, tidak ada yang menyentuh bahan dan tidak ada debu dapat melarikan diri ke atmosfer. Untuk menghindari kebocoran maka dibuat penahanan yang kuat, terutama ketika digunakan untuk bahan berbahaya. Kelemahan dari sistem ini adalah bahwa jika tempat tinggi atau jauh jaraknya, komponen harus dirancang untuk vakum tinggi. Hal ini menambah biaya untuk komponen dan harus dipertimbangkan ketika membandingkan metode transportasi. Skema di bawah ini menunjukkan pengaturan dari komponen sistem tekanan negatif :
9
Gambar 5. Sistem Tekanan Negatif Pneumatic Conveyor C. Kombinasi Positif - Negatif Sistem (Combination Of Positive – Negative System) Sistem tarik-dorong menggabungkan keuntungan dan manfaat dari kedua sistem tekanan negatif dan positif dalam satu sistem. Sistem ini digunakan di mana ada beberapa titik masuk materi, dan beberapa titik pengiriman. Dapat digunakan untuk mentransfer bahan dari berbagai sumber ke beberapa lokasi pembuangan dan dengan demikian dapat memperpanjang jarak sistem vakum. Perlindungan dibuat untuk pengisap atau blower dari kemungkinan masuknya material, seperti dengan sistem tekanan negatif. Daya yang tersedia untuk sistem tersebut harus dibagi antara dua bagian, dan jaringan pipa untuk dua bagian harus diukur hati-hati untuk memperhitungkan tekanan operasi yang berbeda. Beberapa penggerak udara, seperti blower beroperasi pada rasio tekanan tertentu ini berarti mesin tidak akan mampu beroperasi selama rentang tekanan yang sama dengan tugas gabungan dibandingkan dengan operasi masing-masing. Meskipun penggerak udara dibagi antara dua sistem, masing-masing bagian dari sistem akan membutuhkan unit filtrasi sendiri.\ Skema di bawah ini menunjukkan pengaturan dari komponen sistem kombinasi positif-negatif :
10
Gambar 6. Sistem Kombinasi Positif-Negatif Pneumatic Conveyor D. Vakum Ganda Dan Sistem Tekanan Positif (Dual Vacuum And Positive Pressure Systems) Jika pengangkutan bahan membutuhkan sistem vakum lebih dari kombinasi sistem tekanan negatif dan positif, khususnya dalam hal jarak, maka sistem dual harus dipertimbangkan. Dalam kombinasi ini dua elemen conveying dipisahkan dan dua penggerak udara disediakan. Dengan ini berarti penggerak udara disesuaikan agar dapat digunakan untuk sistem vakum dan sistem tekanan positif yang paling tepat dapat digunakan untuk transfer material seterusnya. Dengan kemampuan menggunakan udara bertekanan tinggi untuk membawa bahan, conveying fase padat memungkinkan untuk beberapa bahan yang tepat. Jika bagian off loading vakum hanya berjarak pendek, memungkinkan bahwa bahan dapat dibawa dalam fase padat. Sekali lagi karena ada dua sistem yang terpisah, dua perangkat pemisahan gas-padat juga harus disediakan. Skema di bawah ini menunjukkan pengaturan dari komponen sistem Vakum Ganda :
Gambar 7. Sistem Dual Vakum Pneumatic Conveyor
11
II.5.
PERHITUNGAN PERANCANGAN
Contoh : Calculate a minimum requirement to convey 2400 lbs/hr of wood shavings heavy through 200’ of horizontal pipe. Langkah-langkah perhitungan pneumatic conveyor 1. Tentukan masa yang akan dipindahkan menggunakan pneumatic conveyor (lbs/hr). Contoh 2400 lbs/hr. 2. Ubah satuan dalam bentuk lbs/min. 2400 lbs/hr ÷ 60 min/hr = 40 lbs/min. 3. Tentukan tipe material yang akan dipindahkan. Dengan tabel 47-1. Ambil contoh wood shavings heavy.
4. Tentukan berat material perkubik foot (lbs/ft3) dengan tabel 47-1. Digunakan untuk material ini 15lbs/ft3. 5. Tentukan CFM (cubic feet per minute) pada tabel 47-1. Digunakan 80 CFM. 6. Tentukan kecepatan konveyor minimal (FPM) dengan tabel 47-1. Digunakan 5600 FPM. 7. Tentukan suction pick up dengan tabel 47-1. Sama dengan 3 “wg. 8. Hitung total minimum CFM dengan :langkah 2 dikalikan dengan langkah 5. 80 CFM/lb of material x 40 lbs/min = 3200 CFM Langkah 9 hingga 11 dapat dihitung dalam satu operasi mengikuti: Tentukan sistem static pressure yang dibutuhkan dan ukuran duct, tentukan FPM (langkah 6). Gunakan tabel 47-2 untuk menentukan kecepatan yang dihubungkan dengan CFM, dapat bernilai lebih atau samadengan langkah 8. 9. Tentukan CFM yang actual terhadap ukuran duct. Dengan tabel 47-2 10. Tentukan friction loss (FL) dengan tabel 47-2 11. Tentukan ukuran duct.
12
Contoh untuk langkah 9 hingga 11 dengan menggunakan contoh lanjutan.Baca mendatar pada kecepatan 5600 FPM, temukan CFM minimum yang melebihi atau samadengan 3200 (langkah 8).Didapatkan 3696 CFM, friction loss 3.88 per 100 feet duct, dan ukuran duct 11 inch. 12. Tentukan equivalent feet of straight duct untuk pipa horizontal maupun vertical. Dengan 1’ pipa horizontal samadengan 1’ straight duct, 1’ pipa vertical samadengan 2’’ straight duct. Contoh dengan 200’ pipa horizontal = 200’ straight duct. 13. Tentukan equivalent feet of straight duct untuk semua elbow, menggunakan table 48-1 dengan menalikan kuantitas (jumlah elbow) dikali dengan resistensnya terhadap sudut dan radius pipa. Contoh tidak memiliki elbow.
14. Tentukan equivalent straight dengan menjumlah langkah 12 dengan langkah 13. 200’ + 0 = 200’
total feet of duct 13
15. Tentukan sistem friction loss, membagi langkah 14 dengan 100, kemudian dikalikan dengan langkah 11. Contoh (200 ÷100) x 3.88 = 7.76 16. Suction pickup = langkah 7 = 3 “wg 17. Hitung Total SP(static pressure) sistem loss dengan menjumlah langkah 15 dan 16. = 10.76 18. Tambahan safety factor 10% dengan mengalikan langkah 17 dengan 1.1. Pada diameter fan inlet 11” ,dengan SP sistem loss 11.836 dengan minimum 3696 CFM. Sistem fan minimum requirements 1. Minimum CFM (langkah 10) 2. Minimum suction pickup (langkah 18) 3. Fan inlet (langkah 9)
BAB III PENUTUP 14
1. Pneumatic conveyor atau conveyor udara berfungsi untuk memindahkan bahan curah (bulk load) di dalam suatu aliran udara yang bergerak melalui pipa. Bagian-bagian pneumatic conveyor antara lain rotary blower, conveyor pipe, cyclone, dan filter. 2. Berdasarkan prinsip operasinya, Pneumatic conveying sistem dibagi menjadi dua yaitu dilute phase dan dense phase. Dimana keduanya dapat bekerja secara under pressure atau vacuum. Sedangkan pronsip kerjanya dibagi empat sitem yaitu system tekanan positif, system tekanan negative atau vakum, system kombinasi positif-negatif, serta vakum ganda dengan system tekanan positif. 3. Untuk menentukan desain conveyor jenis dilute phase harus mempertimbangkan beberapa hal, antara lain spesifikasi material (ukuran partikel, bentuk partikel, massa jenis, permeabilitas, kohesi, toxicity, reaktifitas, dan efek elektrostatik) dan atribut sistem yang termasuk dalam ketahanan pipa dan kecocokan reaktifitas dan abrasi dari senyawa kimia.
15
DAFTAR PUSTAKA
A. Bhatia. Pneumatic Conveying Systems. Greyridge Farm Court Stony Point, NY: Continuing Education and Development, Inc. Caesar. 2012. Macam-macam Conveyor. Diakses dari http://caesarvery.blogspot. com/2012/11/macam-macam-conveyor.html pada 3 Desember 2013 pukul 20:22 WIB. Ikhsanudin, Anwar. 2010. Proses Produksi Tepung Terigu. Program Studi DIII Teknologi Hasil Pertanian. Universitas Sebelas Maret. Surakarta. Mills, David. 2004. Pneumatic Conveying Design GuideSecond Edition. Linacre House, Jordan Hill, Oxford : Elsevier Butterworth-Heinemann. Mills, David, Mark G. Jones, dan Vijay K. Agarwal. 2004. Handbook of Pneumatic Conveying Engineering. Madison Avenue, New York: Marcel Dekker, inc. Stuart, John.2002.Pneumatic Conveying, Dilute-Phase Design Guideline. Engineering Standar.Nova Chemical.
16
