ALIRAN MELALUI UNGGUN DIAM DAN TERFLUIDISASI

MENGGUNAKAN UDARA SEBAGAI FLUIDA

I. TUJUAN PERCOBAAN

Menentukan penurunan tekanan (h) pada uggun diam dan

terfluidisasi

Membuktikan persamaan CARMAN – KONZENY

Mengamati kelakuan fluidisasi

II. ALAT DAN BAHAN YANG DIGUNAKAN

II.1Alat-alat yang digunakan

1 set peralatan fluidisasi

II.2Bahan yang digunakan

Pasir

Udara

III. DASAR TEORI

Fluidisasi dipakai untuk menerangkan atau menggambarkan salah

satu cara mengontakkan butiran-butiran padat dengan fluida (gas atau

cair). Sebagai ilustrasi dengan apa yang dinamakan fluidisasi ini, kita

tinjau suatu bejana dalam air di dalam mana ditempatkan sejumlah partikel

padat berbentuk bola, melalui unggun padatan ini kemudian dialirkan gas

dengan arah aliran dari bawah ke atas. Pada laju al ir yang cukup rendah

partikel padat akan diam. Keadaan yang demikian disebut sebagai unggun

diam atau”fixed bed”. Kalau laju alir gas dinaikkan, maka akan sampai

pada suatu keadaan dimana unggun padatan tadi tersuspensi di dalam

aliran gas yang melaluinya. Pada kondisi partikel yang mobil ini, sifat

unggun akan menyerupai sifat-sifat suatu cairan dengan viskositas tinggi,

misalnya ada kecenderungan untuk mengalir, mempunyai sifat hidrostatik.

Keadaan demikian disebut “fluidized bed”.

Aspek utama yang akan ditinjau di dalam percobaan ini adalah

untuk mengetahui besarnya kehilangan tekanan di dalam unggun padatan

yang cukup penting karena selain erat sekali hubungannya dengan

banyaknya energi yang diperlukan, juga bisa memberikan indikasi tentang

kelakuan unggun selama operasi berlangsung. Korelasi korelasi

matematika yang menggambarkan hubungan antara kehilangan tekanan

dengan laju alir fluida di dalam suatu sistem unggun diperoleh melalui

metode-metode yang bersifat semi empiris dengan menggunakan

bilangan-bilangan tak berdimensi.

3.1 Pressure Drop damal Unggun Diam

Korelasi matematik yang menggambarkan hubungan antara hilamg

tekan dan dengan laju alir fluida dalam suatu sistem unggun diam

diperoleh pertama kali pada tahun 1922 yaitu dengan menggunakan

bilangan-bilangan tak berdimensi. Untuk aliran laminar dengan kehilangan

energi terutama disebabkan oleh gaya viscous.

Dimana:

= Pressure drop persatuan panjang / tinggi unggun

= gravitasi buni

= Viskositas fluida

Luas permukaan spesifik partikel (luas permukaan persatuan volume

unggun) dihitung dari korelasi berikut:

Sehingga persamaan tersebut menjadi:

Atau

Persamaan ini kemudian diturunkan lagi oleh kozeny (1927)

denngan mengasumsikan bahwa unggun zat padat tersebut adalah ekivalen

dengan kumpulan saluran-saluran lurus yang paralel mempunyai luas

permukaan . Untuk aliran turbulen pressure drop digambarkan sebagai

gabungan dari viscous losses dan kinetic energy loss.

Pada keadaan ekstrim yaitu bila:

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

sehingga

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

3.2 Pressure Drop pada Unggun Terfluidakan

Pada unggun terfluidakan persamaan yang menggambarkan hubungan P/L

dan U biasanya digunakan peersamaan Ergun yaitu:

................................... (8)

adalah prositas unggun pada keadaan terfluidakan, pada keadaan ini

dimana partilel-partikel zat padat seolah-olah terapung di dalam fluida

sehingga terjadi kesetimbangan antara berat partikel dengan gaya apung

dari fluida disekeliling gaya 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

3.3 Kecepatan Minimum Fluidisasi

Yang dimaksud dengan kecepatan minimum fluidisasi (dengan

notasi Vnf) adalah kecepatan superficial fluida minimum dimana

fluidisasi mulai terjadi. Harganya didapat dengan mengkombinasikan

persamaan ergun dengan neraca massa terfluidisasikan menjadi :

Untuk keadaan ekstrim yaitu:

Aliran Laminer (Re<20) kecepatan fluidisasi minimum adalah

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

Densitas partikel dan bentuk partikel

........

(15)

3.4 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 alir fluida kurang dari laju

minimum yang dibutuhkan untuk proses awal fluidisasi. Pada kondisi ini

partikel padatan tetap diam.

2. Fenomena minimum or 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 smooth or homogenously fluidization terjadi ketika kecepatan

dan distribusi aliran fluida merata, densitas dan distribusi partikel dalam

unggun sama atau homogen sehingga ekspansi pada setiap partikel padatan

seragam.

4. Fenomena bubbling fluidization yang terjadi ketika gelembung –

gelembung pada unggun terbentuk akibat densitas dan distribusi partikel

tidak homogen.

5. Fenomena slugging fluidization 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 ungggun

partikel padatan terbentuk saluran-saluran seperti tabung vertikal.

7. Fenomena disperse fluidization yang terjadi saat kecepatan alir fluida

melampaui kecepatan maksimum aliran fluida. Pada fenomena ini

sebagian partikel akan terbawa aliran fluida dan ekspansi mencapai nilai

maksimum.

Fenomena-fenomena fluidisasi tersebut sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor:

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.

Proses fluidisasi biasanya dilakukan dengan cara mengalirkan

fluida gas atau cair ke dalam kolom yang berisi unggun butiran-butiran

padat. Pada laju alir yang kecil aliran hanya menerobos unggun melalui

celah-celah/ ruang kosong antar partikel, sedangkan partikel-partikel padat

tetap dalam keadaan diam. Kondisi ini dikenal sebagai fenomena unggun

diam. Saat kecepatan aliran fluida diperbesar sehingga mencapai

kecepatan minimum, yaitu kecepatan saat gaya seret fluida terhadap

partikel-partikel padatan lebih atau sama dengan gaya berat partikel-

partikel padatan tersebut, partikel yang semula diam akan mulai

terekspansi, Keadaan ini disebut incipient fluidization atau fluidisasi

minimum.

IV. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Mengisi kolom pengatur ukuran udara.2. Menutup kran pengatur ukuran udara .3. Memeriksa apakah pembacaan manometer udara pada posisi nol (0),

bila tidak atur hingga posisi tersebut.4. Menjalankan pompa udara dan atur laju aliran udara pada kenaikan

1l/min.5. Mencatat unggun, pada alat pembacaan manometer dan jenis

unggun.6. Menabulasikan pada table.7. Mengulangi percobaan memakai pasir.8. Menentukan density partikel dengan menimbang sejumlah volume

pasir.

VI PERHITUNGAN

6.1 Perhitungan luas penampang bed

= 2 . 3,14 . 0,03 m (0,03 m + 0,536 m) = 0,1884 m (0,566 m) = 0, 106634 m2

6.2 Perhitungan volume bed

V = ¼ t

= ¼ . 3,14 . (0,06)2 . 0,536 m = 0,42076 m (0,0036 m2) = 0,001514736 m3

6.3 Konversi laju alir Q = 1 L/menit = 1 L/menit x 1/60 s/menit = 0,0167 L/s

6.4 Perhitungan volume partikel V = π r2 t = 3,14 . (0,03m)2 . (0,154m) = 0,000455204 m3

6.5 Perhitungan massa partikel Massa partikel = p partikel x volume partikel

= 3019 kg/m3 x 0,000435 m2

= 1,3138 kg

6.6 Perhitungan VsmVsm = Q.10-3

A

= 0,016667 . 10-3

0,0106634

= 0,0001563 m/s

6.7 Perhitungan polaritas (Ԑ) Ԑ = Massa Partikel (p partikel x volume bed) = 1,19443716 kg

3019 kg/m3 x 0,0015147 m3

= 0,28731

6.8 Perhitungan berat jenis dengan piknometer

6.8.1 Berat piknometer kosong : 37.02 gr

6.8.2 Berat piknometer + pasir : 52.69 gr

6.8.3 Berat piknometer + pasir + air : 71.50 gr

6.8.4 Volume piknometer : 24 ml

6.9 Berat zat padat

= (Berat piknometer + zat padat) – (Berat piknometer kosong)

= (52,69 gram – 37,02 gram)

= 15,67 gram

6.10 Volume zat cair

= Berat zat cair (pada 20ºC) Berat jenis zat cair (pada 20 ºC)

= 18,81 gram1 g/cm3

= 18,81 cm3

6.11 Volume zat padat = (Volume piknometer – Volume zat cair)= (24 ml – 18,81 ml)= 5,19 ml

6.12 Berat jenis zat padat = Berat zat padat

Volume zat padat= 15,07 gram

5,19 gram= 3,019 g/ml

6.13 Perhitungan penurunan tekanan unggun diamh = 150 L (1 - Ԑ)3 (Vsm) µw + 1,75 L (Vsm)2 (1 - Ԑ)

Dp2 . Ԑ3. ρW3 . g Dp . Ԑ3. ρW

3 . g

h = 150(0,154 m) (1 – 2,8731)3 . (0,000156 m/s) . (0,001) (0,1)2 . (0,28731)3.1. 10 m/s

+ 1,75 (0,154) (156.10-6 m/s)2 (1 – 0,28721)

x 103 mmH2O (0,1) . (0,28731)3 . 1 . 10 m/s

= 0,03 mmH2O

6.14 Penurunan tekanan unggun terfluidisasih = L (1 - Ԑ) . (ρs – ρw) . 103 mmH2O ρ .w h = (0,154) (1 – 0,28731) . (3019 – 1000) x 103 mmH2O 1000

h = 222,45 mmH2O

VII. ANALISIS PERCOBAAN

Pada percobaan ini bahan utama yang digunakan ialah pasir

kering. Satu hal menurut hokum CARMAN – KONZENY adalah

semakin tinggi laju aliran udara yang diberikan terhadap butiran – butiran

padatan di dalam bed, maka pergerakan butiran – butiran padat tersebut

semakin cepat.

Dalam hal ini akan dianalisa besarnya pressure drop (beda tekan)

pada unggun padatan yang terfluidisasikan. 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 demikian disebut dengan unggun diam (fixed – bed)

sedangkan yang terfluidisasi adalah pada laju alir yang cukup tinggi

butiran padat akan bergerak. Karena gas tersebut membuat perubahan

posisi partikel.

VII KESIMPULAN

Fluidisasi adalah merupakan suatu proses untuk membuat butiran zat padat agar dapat bergerak seolah-olah seperti fluida

Untuk menghitung penurunan tekanan (h) pada unggun diam dan unggun terfluidisasi digunakan persamaan CARMAN-KONZENY

Semakin besar laju alir udara maka akan semakin besar pula penurunan tekanannya

Unggun diam pada laju alir 1-5 l/min Unggun mulai terfluidisasi pada laju alir 6-20 l/min

DAFTAR PUSTAKA

Hajar, Ibnu. 2011. Petunjuk Praktikum Satuan Operasi “Aliran

Diam Melalui Unggun Diam dan Terfluidisasi menggunakan Udara

sebagai Fluida”. Palembang : Teknik Kimia POLSRI

Tim Penyusun. 2015. Penuntun Praktikum Satuan Operasi I.

Palembang : Politeknik Negeri Sriwijaya

Anonim. Modul Fluidisasi Institut Teknologi Bandung.

DIAGRAM ALIR

udara Pengatur

Tekanan

+udara

KOMPRESOR

BED

BERISI

(PASIR)

Terlihat nilai pada saat unggun diam dan terfluidisasi

Terlihat nilai pada saat unggun diam dan terfluidisasi

Nilai pengukur

Pada mmH2O

SATUAN OPERASI I

ALIRAN MELALUI UNGGUN DIAM

DAN TERFLUIDISASI MENGGUNAKAN UDARA SEBAGAI FLUIDA

DISUSUN OLEH : KELOMPOK I/ 3KB

ALMER SUDHIARTA : 0614 3040 0316

M. RICKY : 0614 3040 0325

YONADA KHAIRUNNISA : 0614 3040 0334

SHANTY NURMEUTIA : 0614 3040 1238

BELLA DWI AULINA : 0614 3040 1245

NOVITA SARI : 0614 3040 1231

DOSEN PEMBIMBING : Ir. Nyayu Zubaidah M,Si

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

TAHUN AJARAN

2014/2015