perancangan mixer - · pdf fileterhadap rasio konstanta daya / volume materi kuliah kalkulus...
Post on 05-Feb-2018
234 Views
Preview:
TRANSCRIPT
24-Mar-14
1
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012 RYN
PERANCANGAN MIXER
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
Mechanical Mixing
Tujuan :
Sifat2 baru (rheologi, organoleptik, fisik)
untuk melarutkan berbagai campuran
Meningkatkan transfer massa dan panas
Struktur makanan baru
24-Mar-14
2
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
• Hubungan antara kualitas produk dengan parameter operasi sering
di bangun secara empiris, sehingga desain sistem mixing sering kali
tidak berdasarkan prinsip ilmu
• Desain mixer berkembang:
• Eksperimental sebagian numerik dan sekali percobaan (lebih
efisien)
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
Perbedaan tipe sistem untk desain mixing yg berbeda
• Solid-solid mixing: semua bahan harus tercampur secara seragam
untuk menyediakan komposisi nutrisi yg konsisten (pelabelan), untuk
pengaruh tekstur atau untuk memberikan rasa yang khas
• Solid-liquid mixing: Penambahan padatan ke cairan. Penambahan
cairan dalam padatan merupakan kunci dari beberapa proses
produksi seperti batter, pasta dan dough
• Liquid-liquid mixing: Penciptaan emulsi merupakan kunci dari proses
pembuatan margarine
• Gas-liquid mixing: Pecampuran udara pada fermentasi aerob
24-Mar-14
3
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
Campuran non-random dan random
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
Mekanisme Dispersi dan Distribusi
24-Mar-14
4
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
Pengujian Mixing
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
Desain Mixer tergantung pada
• Sifat fisik dan rheologi bahan awal
• Produk akhir
24-Mar-14
5
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
Review Viskositas
Newtonian
Non – Newtonian
Power Law
yz = 0 + k(˙yz)n Model Herschel-Bulkley
(yz)0.5 = (0)0.5 + k(˙yz)
0.5 Model Casson
Persamaan power law dapat dilinierisasi dengan mengambil natural logaritmik
pada kedua sisi untuk menentukan n dan k
24-Mar-14
6
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
MIXER CAIRAN
• Pemilihan tergantung dari volume dan viskositas fluida.
• Pengaduk kecepatan tinggi (propeller, turbines, hydrofoils)
• Pengaduk kecepatan rendah (anchor, paddles, ribbon dan screw)
24-Mar-14
7
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
Tangki Pengaduk
Dasar unit pengadukan adalah tangki.
Bentuk umum: bejana silinder vertikal
Untuk fluida viskositas rendah, tangki ditambah dengan baffle
untuk mencegah vortex – (untuk fluida kental tidak efektif)
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
Dimensi Umum:
H/D = 1
d/D = 1/3
h/H = 1/3
B/D = 1/10
H
D
d h
B
24-Mar-14
8
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
Pencampuran dalam tangki dinyatakan dengan bilangan Reynold (Re)
Untuk fluida Newtonian
𝑅𝑒 =𝑁𝑑𝜌
dimana: N: kecepatan putaran pengaduk (1/s)
d : diameter impeller (m)
: densitas (kg/m3)
: viskositas (Pa.s) Laminar < 10
Transtition 10 < Re < 10000
Turbulent Re > 10000
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
Untuk Fluida Non-newtonian
𝑅𝑒 =𝜌𝑑2
𝐾𝛽𝑛−1𝑁𝑛−2
dimana K dan n adalah konstanta karaktersitik rheologi dari
persamaan power law
𝜏 = 𝐾𝛾𝑛
: Shear stress (Pa)
: Shear rate (1/s)
= konstanta karakteristik
bahan (10 s.d.13)
𝛾 = 𝛽𝑁
24-Mar-14
9
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
Daya Mixing
Persamaan empiris daya mixing:
𝑃𝑜 = 𝐾𝑅𝑒𝑛𝐹𝑟𝑚
Po: power number
𝑃𝑜 =𝑃𝐴
𝜌𝑁3𝑑5
𝐹𝑟 =𝑁2𝑑
𝑔
Pada aliran laminar 𝑃𝐴 = 𝑐𝐿𝑁2𝑑3
Dimana:
PA = daya pengaduk (W)
g = 9.81 m/s2
K, m, n = konstanta karakteristik
dari sistem yang di aduk
Fr = ukuran vortex
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
24-Mar-14
10
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
Diagram Pemilihan Pengaduk
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
Catatan-catatan khusus dalam perancangan Mixer
• fluida vicous
• perlu impeller dengan diameter besar (misal paddles)
• d/D > 0.5, N > 20 rpm (untuk fluida newtonian) untuk
mencegah cavitas di sekitar propeller
• Daya +- 2 kW
• Kebutuhan daya tangki 2 – 100 kW
24-Mar-14
11
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
• Mixer padatan dalam sistem cairan kecepatan cukup tinggi untuk mencegah partikel diam perlu pemilihan tipe impeller dan rasio d/D yang tepat
• Mixer gas-cairan digunakan untuk mengabsorb oksigen dalam fermentasi aerobic dapat digunakan turbine kecepatan tinggi dan supplai gas dari bawah
• Fluida dengan viskositas tinggi dan non newtonian perlu pengaduk khusus
• Pola mixing dan karakteristik produk merupakan hal yang kompleks
• Scale up industri didasarkan pada konstanta sifat-sifat bahan dari pada terhadap rasio konstanta daya / volume
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
• Tegangan geser tinggi oleh agitator diperlukan untuk membuat
dispersi dan emulsi yang halus
• Tegangan geser rendah digunakan untuk mencampur partikel
padat ke fase padat atau cair
• Segregasi partikel dari produk hasil pencampuran harus diperhatikan
24-Mar-14
12
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
Static Mixer
Re = 1 Re = 80
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012
Chaotic Advection
• Turbulensi sifat bahan
• Chaotic advection (Aref (1984) sederhana, non turbulen
Chaotic mixing
24-Mar-14
13
MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012 RYN
THANK YOU
top related