LAPORAN PRAKTIKUM UOB I

FLUIDISASI

Disusun oleh:

Kelompok 3

Ega Adi Surya (1306412174)

Fakhri Rafiki (1306447751)

Faustina Prima Martha (1306404802)

Giovanni Anggasta Paulika T. (1306412155)

TEKNOLOGI BIOPROSES

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK

2015

i

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa

karena atas berkat karunia-Nya laporan akhir praktikum ini dapat terselesaikan.

Laporan akhir praktikum ini disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah

Praktikum Operasi Bioproses I dengan topik “Fluidisasi”.

Dalam penyusunan makalah ini, penulis mendapat banyak bantuan dari

berbagai pihak. Untuk itu, penulis haturkan terimakasih kepada Ibu Dianursanti

sebagai dosen praktikum UOB modul fluidisasi yang telah memberikan

bimbingan dalam penulisan laporan akhir praktikum ini. Selain itu, penulis juga

berterimakasih kepada asisten laboratorium fluidisasi, saudara Kasandika

Ganiarsa, yang telah memberikan arahan dalam proses praktikum serta

penyusunan laporan akhir praktikum ini.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan akhir ini masih

terdapat banyak kekurangan. Untuk itu, saran dan kritik yang membangun

diharapkan untuk dapat menjadikan laporan ini menjadi lebih baik. Akhir kata,

penulis berharap agar laporan akhir praktikum ini dapat memberikan

pembahasan yang jelas dan komprehensif.

Depok,27 Oktober 2015

Penulis

ii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR................................................................................. i

DAFTAR ISI.............................................................................................. ii

DAFTAR GAMBAR.................................................................................. iii

DAFTAR GRAFIK........................................................................................ iv

BAB I PENDAHULUAN............................................................................ 1

1.1 Latar Belakang................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah........................................................................... 2

1.3 Tujuan............................................................................................. 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA................................................................ 4

2.1 Hubungan Laju Alir Udara dan Pressure Drop ................................. 4

2.2 Hubungan Laju Alir Udara dan Tinggi Unggun................................ 7

2.3 Hubungan Laju Alir Udara dan Perpindahan Panas dalam Unggun... 8

BAB III METODE PENELITIAN............................................................... 11

3.1 Alat dan Bahan............................................................................. 11

3.2 Prosedur Percobaan............................................................................ 15

3.2 1 Hubungan Laju Alir Udara dan Pressure Drop ...................... 15

3.2.2 Hubungan Laju Alir Udara dan Tinggi Unggun...................... 15

3.2.3 Hubungan Laju Alir Udara dan Perpindahan Panas dalam

Unggun........................................................................................ 16

BAB IV PEMBAHASAN.......................................................................... 17

4.1 Hubungan Laju Alir Udara dan Pressure Drop ................................ 17

4.2 Hubungan Laju Alir Udara dan Tinggi Unggun................................ 18

4.3 Hubungan Laju Alir Udara dan Perpindahan Panas dalam Unggun... 19

DAFTAR PUSTAKA................................................................................. 22

iii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Pressure Drop pada Unggun Diam dan Unggun

Terfluidisasi................................................................................ 6

Gambar 2. Gradien Tekanan dalam Unggun Dibandingkan dengan Laju

Alir Superfisial Fluida................................................................ 8

Gambar 3. Hubungan Antara Koefisien Perpindahan Kalor dengan Laju

Alir Fluida.................................................................................. 9

Gambar 4. Fluid Bed Heat Transfer Unit H692.......................................... 11

Gambar 5. Alat Indikator dan Kontrol Suhu................................................ 13

Gambar 6. Unggun Terfluidisasi.................................................................. 13

Gambar 7. Pengukur Laju Alir..................................................................... 14

iv

DAFTAR GRAFIK

Grafik 1. Hubungan Laju Alir dan Pressure Drop.......................................... 17

Grafik 2. Hubungan Laju Alir dan Tinggi Bed.............................................. 18

Grafik 3. Hubungan Waktu dan Suhu pada suhu 90˚ C................................. 19

Grafik 4. Hubungan Waktu dan Suhu pada suhu 120˚ C............................... 20

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Suatu fluida tidak hanya akan ditemui dalam dunia Teknik Kimia,

tetapi juga akan ditemui dalam dunia Teknologi Bioproses. Suatu gas

ataupun cairan akan mengalir dalam suatu unggun. Dalam dunia Bioproses

seringkali ditemukan contoh aliran fluidisasi dalam bentuk laminar,

misalnya untuk mikrofluida atau fluida yang mengalir antar

mikroorganisme. Selain itu, dalam dunia Bioproses suatu fluida juga dapat

mengalir secara turbulenbiasanya ditemukan dalam suatu oabrik

perusahaan di bidang Teknologi Bioproses, biofilter, dan lain sebagainya

(Modul Praktikum Unit Operasi Bioproses I)

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. Pada

saat suatu aliran gas dilewatkan melalui bagian bawah partikel padat yang

diam, aliran gas akan bergerak keatas dan mengisi bagian partikel yang

kosong. Partikel padat disebut juga sebagai partikel unggun. Laju alir

udara pada kolom yang kosong disebut kecepatan superfisial, sementara

kecepatan udara di antara partikel unggun disebut kecepatan interstitial.

(Laboratorium Proses dan Operasi Teknik I, 1989).

Peristiwa fluidisasi ini secara sederhana bisa dilihat pada

percobaan fluidsasi yang terjadi apabila ada suatu aliran fluida yang

mengalir melewati partikel unggun yang berada di dalam tabung. Sehingga

aliran tersebut memberikan pressure drop sepanjang unggun. Pressure

drop akan naik jika kecepatan superficial (superficial velocity) naik.

Kecepatan superficial adalah kecepatan aliran fluida pada saat

tabung kosong. Pada kecepatan superficial fluida yang rendah, unggun di

dalam tabung mula – mula diam. Jika kemudian kecepatan superficial

dinaikkan maka pada suatu saat gaya seret fluida menyebabkan unggun

mengembang dan menyebabkan tahanan terhadap aliran udara mengecil,

2

sampai akhirnya gaya seret tersebut cukup untuk mendukung gaya berat

partikel unggun. Kemudian unggun terfluidisasi dan sistem solid-fluida

menunjukkan sifat – sifat seperti fluida. Agar partikel – partikel solid bisa

terfluidisasi maka dibutuhkan kecepatan tertentu dari fluida yang

dialirkan, kecepatan ini disebut sebagai kecepatan minimum fluidisasi

(minimum fludization velocity).

Fluidisasi pada aplikasinya memiliki kegunaan yang luas di

industri. Salah satu alasan unggun terfluidisasi memiliki aplikasi yang luas

adalah karakteristik transfer panasnya yang sangat baik. Hal ini didukung

kuat oleh berubahnya sifat dari unggun tersebut menjadi seperti fluida

sehingga transfer panas yang terjadi adalah transfer panas konveksi.

Dengan demikian partikel yang memasuki unggun terfluidisasi segera

mencapai temperatur unggun dan partikel dalam unggun bersifat

isothermal pada semua situasi. Gas yang memasuki unggun juga akan

segera mencapai temperatur unggun. Hampir tidak adanya variasi

temperatur dalam unggun yang terfluidisasi dikarenakan pencampuran

merata dan area kontak yang luas antara gas dan partikel.

Jadi kita sebagai mahasiswa Teknologi Bioproses merasa penting

dan perlu untuk mempelajari fluidisasi dan aspek aplikasinya dalam

industri. Karena pada proses industri bioproses juga berkaitan dengan

perlakuan gas-solid, liquid-solid, sehingga fluidisasi berperan penting

dalam proses tersebut.

1.2. Rumusan Masalah

Rumusan-rumusan masalah dalam laporan ini adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana pengaruh laju alir fluida terhadap ketingian unggun dan

pressure drop serta bagaimana pengaruh atau hubungan keduanya satu

sama lain?

2. Bagaimanakah menentukan laju alir udara untuk memperoleh kondisi

fluidisasi yang optimum?

3

3. Bagaimana pengaruh laju alir fluida terhadap transfer panas dalam

unggun terfluidisasi yang meliputi suhu heater, koefisien transfer

panas, kedalaman heater dan kedalaman termokopelnya?

4. Bagaimanakah proses terjadinya transfer panas dalam unggun?

5. Bagaimana karakteristik fluidisasi dengan mengamati hubungan laju

alir fluida terhadap ketinggian unggun dan perubahan tekanan?

6. Bagaimana menentukan laju alir fluida minimun untuk mencapai

fluidisasi?

7. Bagaimana hubungan pengaruh perilaku increasing dan decreasing

laju alir fluida terhadap ketinggian unggun dan perubahan tekanan?

1.3. Tujuan

Tujuan dari percobaan fluidisasi adalah sebagai berikut:

1. Menentukan profil hubungan laju alir udara dengan pressure drop

atau penurunan tekanan.

2. Menentukan profil hubungan laju alir udara dengan tinggi unggun.

3. Menentukan profil hubungan antara laju alir udara dengan

perpindahan panas pada unggun.

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Fluidisasi merupakan suatu peristiwa saat benda padat (atau disebut bed

atau unggun) bersifat seperti fluida. Fluidisasi dapat terjadi saat partikel-partikel

unggun dikontakkan dengan fluida. Ketika fluida dialirkan melewati partikel-

partikel pada unggun, maka fluida akan mengalami pressure drop. Pressure drop

ini disebabkan oleh adanya resistansi/hambatan yang dialami oleh aliran fluida

saat bergerak akibat adanya partikel unggun yang menghalangi aliran fluida.

Dalam bidang industri kimia, hal ini merupakan fenomena yang umum terjadi.

Contohnya adalah ketika mereaksikan SO2 menjadi SO3 dimana gas dialirkan

melewati unggun berisi katalis.

2.1 Hubungan Laju Alir Udara dan Pressure Drop

Aliran fluida melewati unggun yang diam dapat digambarkan oleh hukum

Darcy. Darcy mengatakan bahwa kecepatan rata-rata dari fluida yang mengalir

melewati unggun berbanding lurus dengan penurunan tekanan yang terjadi

sepanjang unggun dan berbanding terbalik dengan ketebalan unggun. Dengan

demikian, berdasarkan hukum Darcy diketahui bahwa terdapat hubungan yang

linier antara laju aliran fluida dengan beda tekanan yang terjadi pada unggun,

selama aliran yang terbentuk adalah aliran yang streamline. Asumsi aliran

streamline ini dapat diambil karena nilai bilangan Reynold, bilangan tak

berdimensi yang menggambarkan jenis aliran fluida, kecil, mengingat bahwa baik

kecepatan fluida maupun jarak antar partikel unggun relatif kecil. Hukum Darcy

dapat digambarkan sebagai:

� = � = � −∆� .........................................(1)

Terjadinya penurunan tekanan/pressure drop juga dipengaruhi luas

permukaan spesifik partikel unggun serta kekosongan partikel tersebut.

Kekosongan partikel atau disebut sebagai voidage akan berbanding terbalik

dengan pressure drop di sepanjang unggun. Semakin besar kekosongan yang

5

terdapat pada unggun, maka akan semakin besar celah tempat fluida dapat

mengalir dan hambatan yang dialami fluida pun menjadi berkurang. Sebagai

akibatnya, aliran fluida dapat lebih lancar dan penurunan tekanan akibat hambatan

unggun pun berkurang. secara matematis, hubungan ini digambarkan oleh

persamaan Carman-Kozeny:

� = 1�" 1− 1� −∆� ..........................................(2)

Seperti yang telah dijelaskan dalam hukum Darcy dan persamaan yang

digambarkan oleh Carman-Kozeny, dapat disimpulkan bahwa kenaikan laju alir

superficial fluida (laju alir saat fluida dialirkan pada tabung kosong) akan

berakibat pada kenaikan pressure drop. Seiring dengan naiknya pressure drop,

maka gaya seret yang dikenakan oleh fluida pada pada partikel unggun akan

semakin besar. Gaya seret merupakan gaya yang timbul akibat adanya kontak

antara partikel unggun dengan fluida yang mengalir di sekitarnya.

Gaya seret yang dialami oleh partikel unggun akan terus meningkat seiring

dengan naiknya laju aliran fluida, sampai suatu ketika fluida akan mencapai laju

fluidisasi minimum (umf). Laju fluidisasi minimum adalah laju fluida yang

memberikan gaya seret yang sebanding dengan gaya berat yang dimiliki oleh

partikel unggun. Dengan demikian, total gaya yang berpengaruh pada partikel

unggun akan sama dengan nol dan unggun dikatakan tepat akan terfluidisasi. Saat

unggun tepat akan terfluidisasi, maka kenaikan kecepatan aliran fluida yang

sedikit saja akan menyebabkan gaya seret pada partikel unggun lebih besar dari

pada gaya berat, sehingga unggun akan terangkat oleh gaya seret tersebut. Saat

unggun terbawa oleh aliran fluida inilah yang disebut sebagai unggun

terfluidisasi.

Karena partikel unggun kini sudah terangkat oleh aliran fluida, maka kini

kekosongan antar partikel akan menjadi sama. Karena kekosongan pada tiap

daerah menjadi sama, maka penurunan tekanan pada unggun akan menjadi

konstan. Hal ini karena tahanan yang dialami fluida pada setiap titik dalam

unggun sama, sehingga tidak ada perbedaan yang terjadi pada setiap titik dalam

6

unggun. Secara umum, hubungan antara laju aliran fluida dan penurunan tekanan

dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 1. Pressure Drop pada Unggun Diam dan Unggun Terfluidisasi

Dapat dilihat berdasarkan gambar 1. bahwa pressure drop akan naik

secara linier sampai mencapai titik A seiring dengan terjadinya kenaikan laju alir

fluida, sampai pada titik A, penurunan tekanan tidak lagi linier. Pada titik A inilah

terjadi laju fluidisasi minimum yang mengakibatkan unggun terfluidisasi. Saat

fluidisasi partikel sudah stabil maka hambatan yang dialami fluida pada setiap

titik dalam unggun akan menjadi sama dan pressure drop akan menjadi konstan

(C-D).

Jika laju fluidisasi kembali diturunkan maka partikel unggun yang tadinya

berjauhan akan saling mendekat dan suatu saat akan menempel satu sama lain

(titik E). Pada saat ini maka unggun akan kembali diam namun porositasnya akan

cenderung lebih stabil dari sebelumnya sehingga penurunan tekanan yang terjadi

akan lebih kecil jika dibandingkan dengan saat awal unggun terfluidisasi. Selama

partikel dalam unggun tidak mengalami getaran dan fluidisasi ideal, maka

perubahan pressure drop akan sesuai dengan garis F-E-C-D dan akan sama

dengan gaya bouyansi partikel. Akan tetapi, pada unggun yang nyata hal ini sulit

terjadi karena sulit menghindari terjadinya getaran pada unggun. Selain itu,

terdapat peristiwa channelling dalam unggun serta efek dari gaya friksi partikel

dengan dinding unggun yang mengakibatkan fluidisasi tidak ideal. Hubungan

7

antara pressure drop dengan kekosongan bed saat terfluidisasi dapat digambarkan

dengan persamaan: −∆� = − � �� − � ��....................................(3)

Laju fluidisasi minimum juga dapat diperhitungkan dengan menggunakan

persamaan Carman-Kozeney. Akan tetapi, persamaan Karman-Kozeney memiliki

rezim aliran tertentu sehingga saat aliran fluida tidak berada pada batas rezim

alirannya, persamaan ini tidak dapat digunakan. Oleh sebab itu, sering kali

digunakan persamaan yang lebih umum untuk menghitung besar laju fluidisasi

minimum yaitu dengan menggunakan persamaan Ergun:

−∆� = 5 ((1− ��)�� ) ���� + ,75 (1− ���� ) (����).................(4)

2.2 Hubungan Laju Alir Udara dan Tinggi Unggun

Fluidisasi pada unggun tidak hanya berpengaruh pada pressure drop yang

terjadi di dalam unggun, namun juga berpengaruh pada terjadinya perubahan pada

tinggi unggun. Pada awal sebelum fluida dialirkan melewati unggun, partikel-

partikel unggun akan bertumpuk satu sama lain. Partikel unggun yang telah

tersusun dan bertumpuk akan memiliki ketinggian tertentu dengan nilai

kekosongan tertentu. Ketika fluida mulai dialirkan melewati unggun, fluida akan

mengalir melewati celah-celah yang terdapat pada unggun.

Saat laju alir superfisial fluida berada di bawah laju fluidisasi minimum,

fluida belum memiliki energi yang cukup untuk dapat melawan gaya berat dari

tiap partikel yang bertumpuk satu sama lain. Sebagai akibatnya, fluida akan

menngalir melewati celah yang terdapat antar partikel. Saat fluida mencapai laju

fluidisasi minimumnya, maka gaya pada partikel menjadi sama dengan nol dan

kenaikkan laju alir superfisial fluida sedikit saja akan mengakibatkan unggun

terfluidisasi. Partikel unggun yang kini dipengaruhi gaya seret oleh fluida terbawa

oleh aliran fluida yang bergerak naik dan tinggi unggun pun akan meningkat.

Secara teoritis, besarnya gaya seret yang terjadi pada partikel unggun akan

terus meningkat seiring dengan adanya kenaikan laju alir superfisial fluida.

8

Dengan demikian, semakin tinggi laju alir fluida, maka tinggi bed akan semakin

tinggi. Kenaikan tinggi ini akan terus disertai dengan adanya gerak jatuh bebas

dari partikel unggun yang terangkat naik. Pada saat kecepatan fluida cukup besar

untuk membawa partikel mengalir bersama fluida (laju superfisial fluida lebih

besar dari kecepatan terminal partikel unggun), maka tekanan akan mengalami

peningkatan karena adanya gaya seret antara fluida dengan dinding yang nilainya

menjadi signifikan. Pada saat inilah partikel unggun akan berekspansi maksimum

dan ikut mengalir dengan aliran fluida.

Gambar 2. Gradien Tekanan dalam Unggun Dibandingkan dengan Laju Alir

Superfisial Fluida

2.3 Hubungan Laju Alir Udara dan Perpindahan Panas pada Unggun

Proses perpindahan panas pada unggun terfluidisasi dikatakan dapat

berlangsung secara lebih baik. Bahkan dikatakan bahwa pada sistem gas-padat,

koefisien perpindahan panas dapat meningkat hingga 100 kali lipat (Coulson,

2002.). Salah satu penyebab proses perpindahan panas yang baik adalah karena

pada unggun terfluidisasi, partikel-partikel di dalamnya terdistribusi dengan baik.

Unggun yang telah terfluidisasi penuh memiliki temperatur unggun yang seragam.

Luas permukaan kontak transfer panas antara fluida dengan partikel unggun juga

sangat tinggi, sehingga transfer panas antar fasa sangat baik. Saat terfluidisasi,

9

transfer panas terjadi dalam bentuk konveksi, berlawanan dengan padatan yang

pada umumnya mentransfer panas dengan konduksi.

Terdapat tiga mekanisme perpindahan kalor yang diduga mengakibatkan

adanya peningkatan dalam koefisien perpindahan kalor yang diakibatkan oleh

adanya partikel unggun. Yang pertama adalah karena partikel memiliki kapasitas

kalor per unit volume yang lebih besar di bandingkan udara, sehingga dapat

berperan sebagai agen pembawa kalor. Pada unggun terfluidisasi, terjadi

pergerakan unggun yang cepat, partikel berpindah dari limbak ke lapisan gas dan

berdekatan dengan permukaan perpindahan kalor. Partikel ini memindahkan kalor

lalu kembali ke aliran limbaknya. Mekanisme kedua adalah erosi dari laminar sub

layer dari permukaan perpindahan kalor partikel, sehingga mengurangi tebal

efektifnya. Mekanisme ketiga adalah bahwa terdapat paket partikel yang bergerak

menuju permukaan perpindahan kalor, dimana proses perpindahan kalor tak tunak

terjadi.

Gambar 3. Hubungan Antara Koefisien Perpindahan Kalor dengan Laju

Alir Fluida

10

Koefisien perpindahan kalor pada unggun terfluidisasi dapat dihitung

dengan menggunakan rumus perhitungan kalor konveksi:

ℎ = �ℎ − ..............................................(5)

Nilai Q dalam persamaan dapat dihitung dengan menggunakan data daya pada

heater/pemanas yang digunakan, yaitu dengan mengalikan nilai tegangan dengan

nilai arus listrik yang mengalir.

11

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Alat dan Bahan

Percobaan fluidisasi ini menggunakan alat perpindahan panas dalam unggun

terfluidisasi “Fluid Bed Heat Transfer Unit”. Sesuai dengan namanya, alat

fluidisasi pemindah panas ini berfungsi untuk memindahkan atau

mendistribusikan panas yang berasal dari heater dalam chamber secara merata

dengan proses fluidisasi. Peralatan utama alat ini berupa tabung yang telah terisi

partikel unggun yang telah dilengkapi dengan saluran udara masuk pada bagian

bawah dan saluran udara keluar pada bagian atas. Tabung tersebut telah dipasangi

alat pengukur tekanan yang telah dihubungkan dengan manometer, heater dan alat

pengukur suhu yang telah dihubungkan dengan controller dan termometer.

Gambar 4. Fluid Bed Heat Transfer Unit H692

Berikut adalah penjelasan tiap komponen dari alat fluid bed heat transfer

unit H692 yang digunakan pada percobaan ini :

12

1. Chamber

Chamber merupakan tabung yang berisi partikel unggun (bed).

Chamber terdiri dari sebuah tabung kaca dengan pelat logam di bagian

atas dan di bagian bawah bed. Chamber memiliki saluran udara pada

bagian bawah untuk jalur masuk udara ke dalam chamber dan pada

bagian atas untuk jalur keluar udara tersebut dari chamber.

Data spesifikasi chamber adalah sebagai berikut:

o Diameter chamber : 105 mm

o Luas chamber : 8,66 x 10-3

m2

o Panjang chamber : 220 mm

2. Cylinder Mounting

Bagian ini terdiri dari elemen pemanas (heater), termokopel, dan

pengukur tekanan. Ketiga alat tersebut dapat digerakkan secara vertikal

untuk disesuaikan dengan ketinggian bed di dalam bed chamber. Tiga

elemen ini sudah terhubung dengan masing-masing alat pengukurnya

yaitu indikator suhu, indikator tekanan manometer, dan kontrol suhu

pemanas.

Spesifikasi elemen heater adalah sebagai berikut:

o 12.7 mm diameter x 37 mm panjang

o Surface area 16 cm2

3. Indikator dan Kontrol Suhu

Pada permukaan heater, terdapat dua buah termokopel yang

berfungsi untuk mengukur temperatur permukaan heater dan yang

lainnya berfungsi untuk melindungi dari nilai setting yang berlebih.

Temperatur yang terbaca adalah temperatur heater (T1), temperatur di

sekitar probe temperatur (T2), dan temperatur udara yang keluar dari

kompresor dan masuk ke dalam unggun (T3)

Variabel transformer merupakan alat untuk mengontrol laju

perpindahan panas dari heater. Pada permukaan heater, terdapat dua

buah termokopel yang berfungsi untuk mengukur temperatur permukaan

13

heater dan yang lainnya berfungsi untuk melindungi dari nilai setting

yang berlebih.

Gambar 5. Alat Indikator dan Kontrol Suhu

4. Unggun

Spesifikasi elemen unggun :

o Fused Alumina (Al2O3 putih)

o Densitas 3770 kg/m3

o Ukuran material 250μm-320μm

o Partikel unggun (bed) yang digunakan dalam percobaan ini adalah

alumina.

Gambar 6 . Unggun Terfluidisasi

14

5. Manometer

Pada bagian lain alat ini terdapat dua buah manometer yang berisi

fluida air. Manometer pertama digunakan untuk mengukur penurunan

tekanan unggun sedangkan manometer kedua digunakan untuk mengukur

penurunan tekanan udara sebelum dan sesudah melewati orifice.

6. Pengukur Laju Alir

Nilai yang tertera pada tabung ini berkisar antara 0,2-1,7 m3/s.

Kita dapat menentukan besarnya laju alir dengan memutar valve yang

ada pada bagian bawah. Pada alat pengukur laju alir udara ini, terdapat

penunjuk besanya kecepatan berupa beban yang akan terangkat saat

udara diperbesar.

Spesifikasi pengukur laju alir adalah sebagai berikut:

Fluida yang digunakan : udara

Densitas fluida : 1.2 kg/m3

Gambar 7. Pengukur Laju Alir

15

3.2 Prosedur Percobaan

3.2.1 Hubungan Laju Alir Udara dan Pressure Drop

Prosedur yang dilakukan untuk menentukan profil hubungan laju alir

udara dan pressure drop adalah sebagai berikut:

1. Memastikan pipa manometer yang berada di dalam chamber

berada di dalam unggun.

2. Mencatat tekanan awal unggun (P0).

3. Mengatur laju alir udara menjadi 0,2 L/s.

4. Mencatat tekanan di dalam unggun pada manometer (P1).

5. Menarik pipa manometer yang berada di dalam unggun ke luar

unggun, lalu mencatat nilai tekanan pada manometer (P2).

6. Mengulang langkah 3-5 untuk laju alir 0,4 L/s, 0,6 L/s, 0,8 L/s,

1,0 L/s, 1,2 L/s, 1,4 L/s, 1,6 L/s, 1,7 L/s (secara berurutan).

7. Mengulang percobaan dengan laju alir mulai dari 1,7 L/s, 1,6

L/s, 1,4 L/s, 1,2 L/s ,1,0 L/s, 0,8 L/s, 0,6 L/s, 0,4 L/s, 0,2 L/s,

dan 0 L/s.

3.2.2 Hubungan Laju Alir Udara dan Tinggi Unggun

Prosedur yang dilakukan untuk menentukan profil hubungan laju alir

udara dan tinggi unggun adalah sebagai berikut:

1. Memastikan pipa manometer yang berada di dalam chamber

berada di dalam unggun.

2. Mencatat tekanan awal unggun (H0).

3. Mengatur laju alir udara menjadi 0,2 L/s.

4. Mencatat tinggi unggun (yang diukur adalah titik tertinggi

unggun).

5. Mengulang langkah 3 dan 4 untuk laju alir 0,4 L/s, 0,6 L/s, 0,8

L/s, 1,0 L/s, 1,2 L/s, 1,4 L/s, 1,6 L/s, 1,7 L/s (secara berurutan).

6. Mengulang percobaan dengan laju alir mulai dari 1,7 L/s, 1,6

L/s, 1,4 L/s, 1,2 L/s ,1,0 L/s, 0,8 L/s, 0,6 L/s, 0,4 L/s, 0,2 L/s,

dan 0 L/s.

16

3.2.3 Hubungan Laju Alir Udara dan Perpindahan Panas dalam

Unggun

Prosedur yang dilakukan untuk menentukan profil hubungan laju alir

udara dan perpindahan panas dalam unggun adalah sebagai berikut:

1. Mencatat temperatur udara ruangan yang digunakan.

2. Memastikan bahwa heater dan termokopel berada di dalam

unggun.

3. Mengatur temperatur heater menjadi 90˚C.

4. Mengatur laju alir udara menjadi 1 L/s.

5. Menunggu selama kira-kira 2 menit, lalu mencatat

nilai suhu unggun (Tbed).

6. Menarik termokopel yang berada di dalam unggun ke luar

unggun, lalu mencatat nilai suhu chamber (Tchamber).

7. Menunggu 10 menit, lalu mengulang langkah 5 dan 6. Tahap ini

dilakukan dua kali sehingga untuk laju alir 1 L/s terdapat 3 data

Tbed dan Tchamber.

8. Mengatur laju alir menjadi 1,6 L/s.

9. Mengulang langkah 5-7.

10. Mengatur temperatur heater menjadi 120˚C.

11. Mengulang langkah 5-9.

17

BAB IV

PEMBAHASAN

4.1 Analisis Hubungan Laju Alir Udara dan Pressure Drop

Grafik 1. Hubungan Laju Alir dan Pressure Drop

Pressure drop dalam percobaan ini didapat dari selisih tekanan pada

chamber dan tekanan pada bed (unggun). Dari grafik diatas dapat dilihat

bahwa pressure drop terus naik seiring dengan naiknya laju alir udara,

bahkan setelah unggun terfluidisasi. Secara teoritis, pressure drop akan

terus naik seiring dengan kenaikan laju alir udara. Namun, setelah kecepatan

minimum fluidisasi tercapai atau dalam kata lain unggun telah terfluidisasi,

hambatan yang dialami fluida pada setiap titik dalam unggun akan menjadi

sama dan pressure drop akan menjadi konstan. Begitu pula saat laju alir

udara diturunkan, pressure drop akan konstan hingga mencapai titik

kecepatan minimum fluidisasi. Setelah melewati titik tersebut, pressure

drop akan turun seiring dengan penurunan laju alir udara yang diberikan.

Penyimpangan dari teori tersebut disebabkan karena adanya

kebocoran pada chamber sehingga udara yang dialirkan tidak sepenuhnya

mengalir ke unggun, tetapi sebagian mengalir keluar chamber. Selain itu,

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 0,5 1 1,5 2

Pre

ssu

re D

rop

(P

a)

Laju Alir (L/s)

Grafik Hubungan Laju Alir dan Pressure

Drop

Laju Alir Naik

Laju Alir Turun

18

kompresor yang tidak stabil menyebabkan supply udara yang masuk ke

chamber tidak stabil sehingga mempengaruhi data hasil percobaan.

Ketidaktelitian membaca skala pada pengukuran tekanan unggun maupun

chamber juga mempengaruhi data hasil percobaan ini.

4.2 Analisis Hubungan Laju Alir Udara dan Tinggi Unggun

Grafik 2. Hubungan Laju Alir dan Tinggi Bed

Dari grafik 1 diatas, pada percobaan dengan menaikkan laju alir dari 0

L/s sampai dengan 1,7 L/s, dapat dilihat bahwa unggun mulai bergerak

(terfluidisasi) dan menyebabkan tinggi unggun bertambah saat diberikan

laju alir 0,8 L/s. Saat laju alir volumetrik udara dinaikkan, tinggi bed terus

mengalami kenaikan hingga mencapai ketinggian paling besar saat

diberikan laju alir 1,7 L/s. Saat laju alir volumetrik diturunkan dari 1,7 L/s

sampai dengan 0 L/s dapat dilihat bahwa ketinggian bed turun seiring

dengan penurunan laju alir, hingga pada saat laju alir 0,8 L/s bed tidak lagi

mengalami penurunan tinggi. Saat laju alir superfisial fluida berada di

bawah laju fluidisasi minimum, fluida belum memiliki energi yang cukup

untuk dapat melawan gaya berat dari tiap partikel yang bertumpuk satu

sama lain. Sebagai akibatnya, fluida akan menngalir melewati celah yang

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0,5 1 1,5 2

Tin

gg

i B

ed

(cm

)

Laju Alir (L/s)

Grafik Hubungan Laju Alir & Tinggi Bed

Laju Alir Naik

Laju Alir Turun

19

terdapat antar partikel. Saat fluida mencapai laju fluidisasi minimumnya,

maka gaya pada partikel menjadi sama dengan nol dan kenaikkan laju alir

superfisial fluida sedikit saja akan mengakibatkan unggun terfluidisasi.

Sehingga dapat disimpulkan bahwa kecepatan fluidisasi minimum pada

percobaan ini adalah 0,8 L/s.

Namun, data yang didapat kurang akurat perubahan ketinggian

unggun hanya diukur pada satu titik. Seharusnya minimal tiga titik unggun

yang diukur sehingga error atau standar deviasi dari hasil dapat diketahui.

Penyimpangan dapat disebabkan karena adanya kebocoran pada chamber

sehingga udara yang dialirkan tidak sepenuhnya mengalir ke unggun, tetapi

sebagian mengalir keluar chamber. Selain itu, kompresor yang tidak stabil

menyebabkan supply udara yang masuk ke chamber tidak stabil sehingga

mempengaruhi data hasil percobaan.

4.3 Analisis Korelasi Laju Alir dan Perpindahan Panas

Grafik 3. Hubungan Waktu dan Suhu pada suhu 90˚ C

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

0 20 40 60

Suhu

˚ C

waktu (menit)

Grafik Hubungan Waktu & Suhu pada

Suhu 9 ˚ C

Suhu Bed saat Laju Alir 1

L/s

Suhu Chamber saat Laju

Alir 1 L/s

Suhu Bed saat Laju Alir

1,6 L/s

Suhu Chamber saat Laju

Alir 1,6 L/s

20

Grafik 4. Hubungan Waktu dan Suhu pada suhu 120˚ C

Percobaan ini menghasilkan data berupa suhu pada unggun dan

chamber saat diberikan laju alir tertentu dan diberikan panas tertentu. Panas

pada percobaan ini diberikan lewat heater yang terletak pada unggun. Secara

teoritis, perpindahan panas yang ditunjukkan oleh pemerataan suhu, akan

lebih baik saat laju alir udara yang lebih tinggi yaitu 1,6 L/s. Berdasarkan

data yang disajikan pada kedua grafik di atas, terlihat bahwa suhu unggun

maupun chamber saat diberikan laju alir 1,6 L/s lebih tinggi dan seragam.

Namun, seperti yang ditunjukkan pada grafik 3, saat diberikan suhu 90˚ C dan

laju alir 1,6 L/s data suhu yang didapat fluktuatif dan tidak sesuai dengan

teori. Akan tetapi, pada grafik 4, saat diberikan suhu 120˚ C suhu bed dan

chamber lebih tinggi dan lebih seragam bila dibandingkan dengan saat

diberikan laju alir 1 L/s yang sesuai dengan teori.

Penyimpangan dari teori tersebut disebabkan karena adanya

kebocoran pada chamber sehingga udara yang dialirkan tidak sepenuhnya

mengalir ke unggun, tetapi sebagian mengalir keluar chamber. Selain itu,

kompresor yang tidak stabil menyebabkan supply udara yang masuk ke

chamber tidak stabil sehingga mempengaruhi data hasil percobaan. Saat

mengukur suhu chamber, praktikan menaikkan termokopel dari dalam

unggun ke chamber dan menurunkannya lagi untuk mengukur suhu pada

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 20 40 60

Suhu

˚C

Waktu (menit)

Grafik Hubungan Waktu dan Suhu pada

Suhu ˚C

Suhu Bed saat Laju Alir 1

L/s

Suhu Chamber saat Laju

Alir 1 L/s

Suhu Bed Saat Laju Alir

1,6 L/s

Suhu Chamber saat Laju

Alir 1,6 L/s

21

unggun. Pergerakan termokopel tersebut menyebabkan tidak akuratnya data

percobaan berupa suhu yang dicatat, karena posisi saat mengukur suhu

unggun berbeda-beda. Semakin dekat termokopel dengan heater maka secara

otomatis data suhu yang didapat akan semakin tinggi dan sebaliknya.

22

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2009. “Modul Praktikum Unit Operasi Bioproses I”.

http://akademik.che.itb.ac.id/labtek/wp-content/uploads/2009/02/modul-213-

fluidisasi.pdf (diakses 21 Oktober 2015)

Anonim. 2012. “Fluidisasi” http://tekim.undip.ac.id/staf/widiasa/files/2012/

03/Fluidisasi_01.ppt (diakses 22 Oktober 2015)

C.J. Geankopis. 1983. Transport Processes and Unit Operation 2nd edition.

Allyn and Bacon Inc: Massachusetts.

Operating Manual, Fluidization and Fluid Bed Heat Transfer Unit, P.A.

Hilton Ltd.

Widayati. 2010. “Fenomena dan Kecepatan Minimum (Umf) Fluidisasi”.

http://repository.upnyk.ac.id/6143/1/widayati__exergi_des_2010.pdf (diakses 22

Oktober 2015)