fluidisasi charlie f diba jupiter m muchtazam

LAPORAN PRAKTIKUM UNIT OPERATION LAB

KONVEKSI

LAPORAN PRAKTIKUM UNIT OPERATION LABDEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA-DEPOK 2014

OLEH:CHARLIE HUTAJULU1306482003FARAH DIBA TOYA120JUPITER ERESTA120MUHAMMAD MUCHTAZAM120

PEMBIMBING: Ibu Dianursanti

BAB IPENDAHULUAN

Latar BelakangFluidisasi adalah sebuah fenomena berubahnya sifat suatu padatan (bed) di dalam suatu reaktor sehingga bed memiliki sifat seperti fluida. Hal ini terjadi karena adanya aliran fluida ke dalamnya baik berupa cairan maupun gas. Dalam industri kimia, contoh proses fluidisasi adalah proses katalisasi dan proses pemurnian gas. Aplikasi lainnya adalah untuk setiap proses yang menggunakan fixed bed, fluidized bed, dan proses transport. Hal penting yang patut diperhatikan dalam proses fluidisasi adalah jenis dan tipe fluidisasi serta spesifikasi dan cara kerja alatnya.Proses fluidisasi diaplikasikan dalam dunia industri dimulai tahun 1926 untuk Gasifier Winkler berskala besar kemudian diikuti oleh Fluidized-bed Catalytic Cracking (FCC) crude oil menjadi bensin pada tahun 1942. Pada tahun 1990, aplikasi tersebut semakin berkembang dan proses fluidisasi dapat diklasifikasikan menjadi proses-proses kimia katalitik (contohnya FCC dan sintesis Fischer-Tropsch), proses-proses kimia nonkatalitik (seperti thermal cracking dan gasifikasi batu bara), dan proses-proses fisik (contohnya proses pengeringan dan absorpsi).Berikut adalah contoh fluidisasi:1. Transportasi serbuk padatan (conveyor untuk solid)2. Pencampuran padatan halus3. Perpindahan panas (contoh: pendinginan untuk bijih alumina panas)4. Pelapisan plastik pada senyawa logam5. Proses drying dan sizing dalam pembakaran6. Prose pertumbuhan partikel dan kondensasi bahan yang dapat mengalami sublimasi7. Adsorpsi

Tujuan PercobaanTujuan percobaan ini adalah:1. Mengetahui perilaku bed yang terfluidisasi 2. Mengetahui pengaruh fluidisasi terhadap profil temperature bed dan di luar bed

Rumusan MasalahBeberapa pertanyaan yang muncul dalam jalannya percobaan ini adalah:1. Bagaimana cara mengetahui kecepatan superficial dalam suatu proses fluidisasi?2. Apakah pengaruh pressure drop terhadap ketinggian unggun?3. Apakah peranan heater dan termokopel dalam proses fluidisasi?4. Apa saja contoh penerapan proses fluidisasi dalam dunia industri?

Pembatasan MasalahPercobaan fluidisasi ini dilakukan dengan beberapa batasan; sampai mengetahui fenomena kecepatan superfisial pada proses fluidisasi dan melihat pengaruh suhu, laju alir udara, serta ketinggian heater dan termokopel. Dari perlakuan semacam ini, kita dapat mengetahui hubungan parameter yang divariasikan tadi dengan pressure drop yang terjadi.BAB IIDASAR TEORI

1. Fenomena FluidisasiJika 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.Jika kecepatan superficial rendah, maka 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 parikel unggun dan unggun akan terfluidisasi.Konsep dasar dari suatu partikel unggun yang terfluidisasi dapat diilustrasikan dengan fenomena yang terjadi jika adanya perubahan laju alir gas seperti pada gambar di bawah ini.

Gambar 1. Fenomena fluidisasi dengan variasi laju alir gasFenomena fluidisasi pada sistem gas-padat juga dapat diilustrasikan pada gambar berikut ini.

P1Gas inP2BedxGambar 2. Fenomena fluidisasi pada sistem gas-padatAdapun 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. Kondisi ini ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Fenomena fixed bed2. 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. Kondisi ini ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4 Fenomena minimum or incipient fluidization3. 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. Lihat gambar 5.

Gambar 5. Fenomena smooth or homogrnously fluidization4. Fenomena bubbling fluidization yang terjadi ketika gelembung gelembung pada unggun terbentuk akibat densitas dan distribusi partikel tidak homogen. Kondisi ini bisa dilihat gambar 6.

Gambar 6. Fenomena bubbling fluidization5. 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. Kondisi ini dapat dilihat pada gambar 7.

Gambar 7. fenomena slugging fluidization6. Fenomena chanelling fluidization yang terjadi ketika dalam ungggun partikel padatan terbentuk saluran-saluran seperti tabung vertikal. Kondisi ini ditunjukkan pada gambar 8.

Gambar 8. Fenomena chanelling fluidization7. 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. Kondisi ini ditunjukkan pada Gambar 9.

Gambar 9. Fenomena disperse fluidizationFenomena-fenomena fluidisasi tersebut sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor:1. Laju alir fluida dan jenis fluida2. Ukuran partikel dan bentuk partikel3. Jenis dan densitas partikel serta faktor interlok antar partikel4. Porositas unggun5. Distribusi aliran,6. Distribusi bentuk ukuran fluida7. Diameter kolom8. Tinggi unggunFaktor-faktor di atas merupakan variabel-variabel dalam proses fluidisasi yang akan menentukan karakteristik proses fluidisasi tersebut. Selain itu, fenomena pada gambar 2 dapat dijelaskan melalui persamaan Bernoulli dengan aliran laminer sebagai berikut, yaitu:

(1) dan Pada gambar 2 tersebut, 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 sbb.

(2)Maka bila Vs meningkat, 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 . Adapun hubungan x, P dan kecepatan aliran fluida dapat dilihat pada gambar 10.

Gambar 10. Transition from packed bed to fluidized bedUntuk kecepatan yang kurang dari kecepatan fluidisasi minimum (Umf) maka unggun akan berprilaku 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.

Jenis-jenis FluidisasiFluidisasi terdiri atas beberapa jenis, diantaranya:1. Fluidisasi PartikulatFluidisasi Partikulat merupakan suatu proses fluidisasi di mana partikel-partikel bergerak menjauh satu sama lain dan gerekannya bertambah hebat dengan bertambahnya kecepatan. Tetapi, densitas hamparan rata-rata pada suatu kecepatan tertentu adalah sama di segala arah hamparan. Ciri dari proses ini adalah adanya ekspansi hamparan yang cukup besar tetapi seragam pada kecepatan yang cukup tinggi. Seiring dengan bertambahnya kecepatan fluida dan penurunan tekanan, maka unggun akan terekspansi dan pergerakan partikel semakin cepat. Jalan bebas rata-rata suatu partikel di antara tumbukan-tumbukan dengan partikel lainnya akan bertambah besar dengan meningkatnya kecepatan fluida. Akibatnya porositas unggun akan meningkat.2. Fluidisasi Agregat/ Fluidisasi GelembungHamparan zat padat yang terfluidisasi dalam udara biasanya menunjukkan peristiwa yang dikenal dengan fludisasi agregat atau gelembung. Fluidisasi ini terjadi jika kecepatan gas di atas kecepatan fluidisasi minimum. Pada kondisi ini unggunakan mengalami bubbling dan rongga-rongga seperti gelembunguap akan membangkitkan sirkulasi partikel unggun.Dalam fluidisasi gelembung pengembangan volume hamparan terutama disebabkan oleh volume yang dipakai oleh gelembung gas karena fasa rapat pada umumnya tidak berekspansi dengan peingkatan aliran. Akan tetapi jika kecepatan ditambah maka hamparan akan mengembang secara seragam sehingga akhirnya gelembung mulai terbentuk. Dan jika kecepatan ditingkatkan lagi sampai melewati titik gelembung, hamparan itu akan berangsur-angsur mengempis kembali, tetapi akan mengembung lagi. Kriteria untuk fluidisasi partikulat dan agregat dapat ditentukan dengan bilngan Froude : v2/(gDp) yang dipakai untuk menentukan apakah suatu sistem akan terfluidisasi partikulat atau terfluidisasi agregat.3. Fluidisasi KontinuBila 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.Dalam fluidisasi, karena sifat-sifat partikel padat yang menyerupai sifat fluida cair dengan viskositas tinggi, metoda pengontakan fluidisasi memiliki beberapa keuntungan dan kerugian. Keuntungan proses fluidisasi, antara lain:1. Sifat unggun yang menyerupai fluida memungkinkan adanya aliran zat padat secara kontinu dan memudahkan pengontrolan.2. Kecepatan pencampuran yang tinggi membuat reaktor selalu berada dalam kondisi isotermal sehingga memudahkan pengendaliannya.3. Sirkulasi butiran-butiran padat antara dua unggun fluidisasi memungkinkan pemindahan jumlah panas yang besar dalam reaktor.4. Perpindahan panas dan kecepatan perpindahan mass antara partikel cukup tinggi.5. Perpindahan panas antara unggun terfluidakan dengan media pemindah panas yang baik memungkinkan pemakaian alat penukar panas yang memiliki luas permukaan kecil.Sebaliknya, kerugian proses fluidisasi antara lain:1. Selama operasi partikel-partikel padat mengalami pengikisan sehingga karakteristik fluidisasi dapat berubah dari waktu ke waktu.2. Butiran halus akan terbawa aliran sehingga mengakibatkan hilangnya sejumlah tertentu padatan.3. Adanya erosi terhadap bejana dan sistem pendingin.4. Terjadinya gelombang dan penorakan di dalam unggun sering kali tidak dapat dihindari sehingga kontak antara fluida dan partikel tidak seragam. Jika hal ini terjadi pada reaktor, konversi reaksi akan kecil.

Penurunan Tekanan (Pressure Drop)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. 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 metoda-metoda yang bersifat semi empiris, yaitu dengan menggunakan bilangan-bilangan tidak berdimensi. Untuk aliran laminer dengan kehilangan energi terutama disebabkan oleh gaya viscous, Blake memberikan hubungan :

(3)dimana:P/L= penurunan tekanan per satuan panjang/ tinggi unggungc = faktor gravitasi =viskositas fluida = porositas unggun yang didefinisikan sebagai perbandingan volume ruang kosong didalam unggun dengan volume unggunu =kecepatan alir superfisial fluidaS = luas permukaan spesifik partikel

Sifat dan Karakteristik Partikel UnggunBerikut ini akan diuraikan beberapa macam sifat dan karakteristik partikel unggun:a. Ukuran partikelPadatan 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 (dsv).

(4)di mana dp = diameter partikel rata-rata yang secara umum digunakan untuk desain dsv = diameter dari suatu bidangb. Densitas padatanPadatan 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 pori-pori partikel. Skeletel adalah densitas suatu padatan jika porositasnya nol. Adapun densitas partikel adalah berat dari suatu partikel dibagi dengan volumenya dengan menyertakan pori-pori. Jika tidak ada nilai untuk densitas partikel, maka pendekatan untuk densitas partikel dapat diperoleh dengan membagi dua densitas bulk.c. SphericitySphericity merupakan faktor bentuk yang dinyatakan sebagai rasio dari area permukaan volume partikel bulat yang sama dengan partikel itu dibagi dengan area permukaan partikel.

(5)Material yang melingkar seperti katalis dan pasir bulat memiliki nilai sphericity sebesar 0.9 atau lebih.

d. Kecepatan terminalKecepatan terminal suatu partikel (Ut) merupakan kecepatan gas yang dibutuhkan untuk mengatur partikel tunggal yang tersuspensi dalam aliran gas. Kecepatan terminal suatu partikel dinyatakan dalam persamaan:

(6)Dalam aliran laminer dan mengikuti Hukum Stokes:

(7)

(8)Jadi, kecepatan terminal untuk partikel tunggal berbentuk bulat adalah

(9)untuk Rep < 0.4Dan untuk partikel besar dengan Cd = 0.43

(10)untuk Rep > 500

(11)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 (Uselip) atau kecepatan efektif terminal untuk partikel dalam suspensi (U*t) adalah:Uselip = U*t = Ut . f()

(12)Kekosongan f() dari unggun yang terfluidisasi adalah fraksi mol yang terjadi oleh gas. Fungsi t dapat dinyatakan dengan pendekatan Kozeny-Charman berikut.f() = 0.1 2/(1- )

(13)Pendekatan lain yang digunakan untuk sistem banyak fasa yaitu korelasi Richardson-Zaki untuk partikel tunggal dalam suspensi, yaitu:U/Ut = nn merupakan fungsi dari dp/D dan bilangan Re yang divariasikan.e. Kecepatan Fluidisasi Minimum (Umf)Kecepatan fluidisasi minimum adalah kecepatan superficial terendah yang dibutuhkan untuk terjadinya fluidisasi. Umf dapat dicari dengan menggunakan persamaan

(14)Umf = [(1135.7+0.0408Ar)0.5-33.71]/(gdp)

(15)Di mana bilangan Archimides (Ar) adalah :Ar = gdp3(p - g)g/2Untuk memprediksi Umf, Ergun menurunkan suatu korelasi dengan cara menyamakan pressure drop pada saat Umf dengan berat unggun persatuan luas dan diperoleh persamaan sebagai berikut.

(16)

Suku pertama persamaan Ergun dominan untuk aliran laminer sedangkan suku kedua dominan pada aliran turbulen. Pengukuran Umf dapat diperoleh dari grafik P vs Umf, yaitu sesuai titik potong atau antara bagian kurva yang datar seperti yang digambarkan pada gambar 10.f. Batas partikelPartikel 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 bergerakg. Gaya antar partikelGaya 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 atau berkaitan dengan unggun yang terfluidisasi, misalnya van der waals, elektrostatik, dan kapilaritas.h. 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.

i. Penurunan tekanan

(17)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 :PLpggcPerilaku Gelembung pada Ketinggian ungguna. Perilaku GelembungGelembung yang lebih besar cenderung naik lebih cepat dibanding gelembung yang kecil sehingga antar gelembung akan terjadi tumbukan dan bergabung (coalescence) dan gelembung semakin bertambah besar. Dinding tabung juga mempengaruhi gerekan gelembung sehingga gelembung cenderung bergerak ke arah dalam unggun.Mengacu pada teori gelembung dua fasa dan fluidisasi, semua gas yang dibutuhkan untuk fluidisasi minimum melewati unggun dalam proses pembentukan gelembung. Gelembung meningkat melalui unggun dalam 2 kondisi yang berbeda. Gelembung yang meningkat secara padat dapat terjadi pada kecepatan gas kurang dari Umf dan hal ini memberikan kesempatan untuk gas melewati partikel unggun dan sirkuit pendek melalui gelembung menuju ke permukaan unggun.

(18)Kecepatan suatu gelembung yang bertambah besar melalui fluida unggun dinyatakan dalam rumus:Uhr = 0.71(gDb)0.5

(19)Jika terjadi slugging, berlaku persamaanUhr = Uslug = 0.35(gD)0.5

(20)Jadi kecepatan aktual peningkatan gelembung dalam unggun yang terfluidisasi dinyatakan dengan rumus:Ub = (U-Umf)+Ubrb. Ketinggian unggunTinggi unggun dapat diplot terhadap kecepatan superficial. Untuk kecepatan superficial tinggi permukaan berfluktuasi karena pecahnya gelembung di permukaan sehingga ketinggian unggun hanya dapat diukur dengan perkiraan.

Campuran Gas dan Padatan dalam Unggun yang Terfluidisasia. Pola aliran gasKeberadaan dan pergerakan dari gelembung gas unggun yang terfluidisasi menghasilkan pengaruh pada pola aliran gas. Penelitian telah dilakukan pada aliran gas ini. Namun hasilnya kurang memuaskan dan secara khusus tergantung dari alat yang digunakan.b. Pola aliran padatanPergerakan dari partikel padatan dalam gas unggun yang terfluidisasi tekah dipelajari dengan menggunakan bermacam-macam teknik. Jadi secara umum ditemukan bahwa bila suhu pencampuran tinggi, maka padatan unggun akan tercampur secara menyeluruh.

Sifat-sifat Perpindahan Massa Dalam Unggun yang TerfluidisasiPerpindahan massa dalam unggun yang terfluidisasi dapat terjadi dengan beragam cara. Perpindahan massa unggun ke permukaan sangat penting dalam aplikasi pelapisan. Perpindahan dari permukaan padatan ke fasa gas sangat penting dalam proses pengeringan, sublmasi dan desorbsi. Perpindahan massa dapat menjadi suatu pembatas dalam sistem reaksi kimia. Karena pertikel-partikel saling berdekatan dari gas yang mengelilingi partikle tersebut, maka koefisien perpindahan massa selalu lebih kecil dari suatu pertikel tunggal yang bergerak dalam udara bebas.

Sifat-sifat Perpindahan Panas Unggun TerfluidisasiUnggun yang terfluidisasi oleh gelembung-gelembung tercampur dengan santgat baik karena pertikel-partikel unggun tersirkulasi oleh gelmbung udara yang naik. Akibatnya suhu unggu sangat seragam, walaupun terdapat reaksi yang sangat eksoterm. Jika luas permukaan tranfer panas antara gas dan unggun cukup tinggi sehingga gas dan pertikel cepat mencapai suhu yang sama. Laju transfer panas yang tinggi muga dapat diperoleh antara permukaan panas yang tercelup di dalam unggun dengan unggunnya itu sendiri. Tiga mekanisme yang menyumbangkan transfer panas antara unggun terfluidisasi dan permukaan adalah :a. Untuk partikel unggun dengan diameter < 500 dan densitas < 4000 kg/m3 (kecuali paertikel halus yang sangat kohesif), mekanisme utama adalah adanya sirkulasi antara bulk unggun dan partikel yang berdekatan denghan permukaan panas (Particle Convective Mechanism). Partikel mampu mentransfer banyak panas karena mempunyai kapasitas panas pada saat awal partikel berdekatan dengan permukaan panas, terdapat gradien suhu lokal yang besar yaitu adanya perbedaan suhu yang besar antara bulk unggun dengan permukaan sehingga laju perpindahan panas sangat besar. Tapi, semakin lama suhu unggun semakin mendekati suhu permukaan. Jadi untuk selang waktu tertentu laju transfer panas semakin tinggi jika pertikel bersinggungan dengan permuikaan panas dalam recident time yang singkat yang dapat diperoleh dengan mengatur kondisi operasi. Tetapi harus diingat bahwa recident time yang ekstrim kecil untuk memeroleh koefisien perpindahan panas yang paling tinggi dibatasi oleh konduktivitas panas gas dan jarak jalur transfer panas terpendek di mana panas mengalir secara konduksi antara partikel unggun dan permukaan panas.b. Untuk unggun dalam ukuran atau densitas yang lebih besar, kecepatan interstisial adalah turbulen yang berarti bahwa transfer panas konveksi melalui gas menjadi penting. Jika transfer panas mode ini menjadi dominan maka transfer panas akan naik dengan naiknya diameter partikel (karena makin besar partikel maka makin besar turbulensi kecepatan interstisial).c. Untuk suhu yang lebih tinggi akan terdapat perbedaan suhu yang sangat besar antara unggun dan permukaan panas sehingga transfer panas secara radiasi menjadi penting.Perpindahan kalor ke permukaan dalam sistem padat-gas koefisien perpindahan panas ke permukaannya sangat tergantung pada kualitas fluidisasi yang terjadi (Coulson, 1968:215). Untuk menghitung koefisien perpindahan panas tersebut dapat digunakan persamaan Dow dan Jacob berikut.

(21)dimana:

h= koefisien perpindahan panask = konduktivitas termal gasD = diameter partikelDt = diameter tubeL = panjang unggun= kekosongan ungguns= densitas padatan= densitas gasCs =kapasitas panas padatanCp =kapasitas panas gas pada tekanan konstan= viskositas gasUc =kecepatan superficial dalam tube kosong.

Penyimpangan dari Keadaan Ideal1. InterlockKarakteristik fluidisasi seperti digambarkan pada kurva fluidisasi ideal hanya terjadi pada kondisi yang betul-betul ideal dimana butiran zat padat dengan mudah saling melepaskan pada saat terjadi kesetimbangan antara gaya seret dengan berat partikel. Pada kenyataannya, keadaan di atas tidak selamanya bisa terjadi karena adanya kecenderungan partikel-partikel untuk saling mengunci satu dengan lainnya (interlock), sehingga akan terjadi kenaikan hilang tekan (P) sesaat sebelum fluidisasi terjadi. Fenomena interlock ini dapat dilihat pada Gambar 11, terjadi pada awal fluidisasi saat terjadi perubahan kondisi dari unggun tetap menjadi unggun terfluidakan.

UmfGambar 11. Kurva karakteristik fluidisasi tidak ideal karena terjadi interlock2. Fluidisasi heterogen (aggregative fluidization)Jenis penyimpangan yang lain adalah kalau pada saat fluidisasi partikel-partikel padat tidak terpisah-pisah secara sempurna tetapi berkelompok membentuk suatu agregat. Keadaan yang seperti ini disebut sebagai fluidisasi heterogen atau aggregative fluidization. Tiga jenis fluidisasi heterogen yang biasa terjadi adalah karena timbulnya:a. Penggelembungan (bubbling), ditunjukkan pada Gambar 6,b. Penorakan (slugging), ditunjukkan pada Gambar 7,c. Saluran-saluran fluida yang terpisahkan (chanelling), ditunjukkan pada Gambar 8.Evaluasi Parameter-Parameter dalam Peristiwa Fluidisasi1. Densitas PartikelPenentuan densitas partikel untuk zat padat yang tidak menyerap air atau zat cair lain bisa dilakukan dengan memakai piknometer. Sedangkan untuk partikel berpori, cara di atas akan menimbulkan kesalahan yang cukup besar karena air atau cairan akan memasuki pori-pori di dalam partikel, sehingga yang diukur bukan lagi densitas partikel (berikut pori-porinya) seperti yang diperlukan di dalam persamaan-persamaan yang ditulis di muka, tetapi densitas bahan padatnya (tidak termasuk pori-pori di dalamnya). Untuk partikel-partikel yang demikian, ada cara lain yang biasa digunakan, yaitu dengan memakai metoda yang diturunkan Ergun. 2. Bentuk PartikelDidalam persamaan-persamaan yang telah diturunkan sebelumnya partikelpartikel padatnya dianggap sebagai butiran-butiran yang berbentuk bola dengan diameter rata-rata dp. Untuk partikel-partikel yang mempunyai bentuk lain, harus diadakan suatu koreksi yang menyatakan bentuk sebenarnya partikel yang ditinjau. Faktor koreksi ini disebut sebagai faktor bentuk atau derajat kebolaan suatu partikel yang didefinisikan sebagai :

Derajat kebolaan (s) bisa dipakai langsung dalam persamaan-persamaan terdahulu dengan mengganti dp menjadi s.dp, sehingga persamaan Ergun dapat ditulis menjadi:

(22)dimana s = 1 untuk partikel berbentuk bolas < 1 untuk partikel berbentuk bolaa. Porositas UnggunPorositas unggun menyatakan fraksi kosong di dalam unggun yang secara matematik bisa ditulis sebagai berikut:

(23)dimana = porositas unggunVu = volume unggunVp = volume partikelHarga porositas unggun ini sangat dipengaruhi oleh bentuk geometri butiran padat yang membentuk unggun tersebut, atau dengan perkataan lain, porositas unggun merupakan fungsi dari faktor bentuk atau derajat kebolaan partikel-partikelnya. b. Pendekatan dalam PercobaanPengukuran densitas partikel dilakukan menggunakan piknometer dengan volome tertentu dengan tipol sebagai fluidanya. Tipol digunakan karena memiliki tegangan permukaan dan viskositas tinggi sehingga cenderung tidak memasuki pori-pori partikel. Dengan demikian asumsi partikel padatan berbentuk bola dapat digunakan. Kecepatan minimum fluidisasi dapat ditentukan secara grafis dan teoritis. Teknik grafis dapat dilakukan apabila tersedia kurva karakteristik fluidisasi. Karena fluktuasi nilai dibanding kurva fluidisasi ideal, perkiraan ini kurang akurat. Supaya Umf perkiraan mendekati nilai sebenarnya, penarikan garis pada titik konstan P dilakukan saat kurva fluidisasi mengalurkan data kecepatan tinggi ke rendah. Diharapkan saat kecepatan menurun fenomena interlock dapat dikurangi. Interlock menyebabkan partikel menyatu (biasanya karena basah atau karena kelembaban udara) sehingga kecepatan udara yang dibutuhkan untuk memfluidisasikan partikel tersebut juga bertambah besar. Akibatnya Umf yang teramati cenderung lebih tinggi daripada nilai sebenarnya.

BAB IIIDATA DAN PENGOLAHAN DATA

Untuk T=80oC

Q (cm3/s)P1(mmhg)P2(mmhg)T1T2T3H rata-rataPH

termokapel tercelup1.000.00280.005964.0035.0025.006.670.00310.00097

1.000.00280.005960.0039.0026.006.570.00310.00087

1.000.00300.005860.0041.0026.006.670.00280.00097

1.400.00430.006141.0034.0025.008.600.00180.00290

1.400.00430.006145.0039.0026.008.700.00180.00300

1.400.00440.006249.0041.0027.008.570.00180.00287

termokapel terangkat10.00300.005854.0043.0028.006.670.00280.00097

10.00320.006057.0044.0028.006.830.00280.00113

10.00320.005958.0044.0028.006.770.00270.00107

1.40.00410.006233.0045.0029.0010.800.00210.00510

1.40.00420.006239.0046.0028.0010.700.00200.00500

1.40.00420.006341.0046.0029.0010.170.00210.00447

Grafik 3. Hubungan Waktu Percobaan vs T1



QkPrNuhc

(termokopel)tercelup( m3/s)(W/m.K)(W/m2.K)

0,0010.025060.6000863.19947.6359

0,0010.025130.5985233.196657.65065

0,0010.025130.5406013.37418.07535

0,00140.025060.2488835.1044612.1826

0,00140.025130.2482355.1000712.2062

0,00140.025200.2475915.0956912.2297

tidak tercelup0,0010.025270.5378023.368338.10644

0,0010.025270.5378023.368338.10644

0,0010.025270.5185953.433988.26445

0,00140.025340.2873654.6873411.3121

0,00140.025270.2743894.8144211.5867

0,00140.025340.2873654.6873411.3121

Untuk T=120oC

QP1P2T1T2T3H rata-rataPH

termokapel tercelup1.003.105.90110.0060.0029.008.002.802.30

1.003.106.00111.0060.0029.008.302.902.60

1.003.006.00112.0061.0029.008.203.002.50

1.404.406.1081.0051.0031.0010.071.704.37

1.404.306.5084.0052.0031.0010.932.205.23

1.404.406.4087.0052.0032.0010.872.005.17

termokapel terangkat13.005.9090.0054.0030.0010.002.904.30

13.105.9095.0053.0031.009.932.804.23

13.106.0097.0055.0032.009.632.903.93

1.44.406.2088.0052.0030.0010.801.805.10

1.44.406.2089.0053.0032.0010.901.805.20

1.44.606.2089.0054.0032.0010.971.605.27

Grafik 7. Hubungan Waktu Percobaan dengan T1



QkPrNuhc

(termokopel)tercelup

(m3/s)(W/m.K)(W/m2.K)

0.0010.025340.5364143.365468.12197

0.0010.025340.5555713.303357.97208

0.0010.025340.5747293.244447.82991

0.00140.025480.2314345.234812.7031

0.00140.025480.2995034.5652511.0783

0.00140.025550.2715794.7980911.6754

tidak tercelup

0.0010.025410.5541423.300547.98731

0.0010.025480.5336613.359758.15298

0.0010.025550.5513063.294968.01773

0.00140.025410.2456795.0826712.3001

0.00140.025550.2444215.0740812.3469

0.00140.025550.2172635.4014313.1435

1.1. Analisis Percobaan1.1.1. Analisis Percobaan 1Pada percobaan pertama, praktikan ingin melihat hubungan antara variasi Q (laju alir) terhadap pressure drop dan tinggi unggun. Pada percobaan ini, praktikan pertama-tama praktikan menyalakan compressor yang berfungsi untuk memberikan nilai laju alir udara yang terdapat pada alat praktikum. Udara yang mempunyai kecepatan tersebut akan memfluidisasi unggun dalam tabung. Nilai laju alir tersebut dapat ditentukan dengan flowmeter yang terdapat pada alat percobaan. Sebelum diberikan laju alir udara, partikel unggun berada pada keadaan diam sehingga memiliki tinggi yang tetap. Pada kondisi ini, diukur nilai tinggi unggun mula-mula dari tiga sisi yang berbeda. Selanjutnya, udara dialirkan dengan kecepatan tertentu. Kecepatan aliran udara tersebut adalah kecepatan superficial (Uc). Pada setiap kecepatan tertentu, praktikan perbuahan tinggi unggun diamati dari tiga titik yang berbeda dan juga dicatat nilai perubahan tekanannya. Data tersebut kemudian dibuat dalam bentuk grafik mengenai hubungan antara variasi laju alir dengan pressure drop dan tinggi unggun

1.1.2. Analisis Percobaan 2, T= 80oCPercobaan kedua bertujuan untuk mengetahui parameter yang mempengaruhi peristiwa perpindahan panas pada fluidisasi. Hal tersebut dialkukan dengan mencari hubungan antara fluidisasi dengan transfer panas melalui percobaan. Pada percobaan ini selain mengamati peristiwa fluidisasi, praktikan juga menggunakan heater untuk mengetahui perisitwa transfer panas pada fluidisasi. Sehingga, selain mengukur ketinggian bed dan perubahan tekanan, pengukuran juga dilakukan untuk nilai temperature heater dan temperature termokopel. Termokopel adalah sambungan dua jenis logam yang mempunyai suhu yang berbeda. Pada percobaan ini termokopel divariasian posisinya yaitu terangkat dan tercelup. Percobaan ini dilakukan dengan dua variasia temperature yaitu 80oC dan 120oC. Pada setiap variasi suhu dilakukan dua percobaan untuk posisi termokopel yang terangkat dan tercelup. Data yang diambil adalah perubahan tekanan, ketinggian bed, termperatur heater, temperature termokopel, dan termperatur udara. Pada setiap percobaan juga divariasikan nilai laju alirnya yaitu untuk Q=1 dan Q=1,4. Pengambilan data dilakukan setiap 2 menit selama 3 kali untuk setiap posisi termokopel, sehingga didapatkan hubungan ketiga suhu tersebut dengan waktu sebagai variable terikat.

Analisis Percobaan 2, T= 120oCPada perobaan kedua suhu heater dinaikan menjadi 120oC. Percobaan ini juga dilakukan dengan memvariasikan posisi termokopel dan laju udara. Data yang diambil pada percobaan ini adalah ketinggian unggun, perubahan tekanan dan suhu pada system yang terdiri dari suhu heater, suhu termokopel, dan suhu udara. Pengukuran ketinggian unggun juga dilakukan melalui tiga titik yang berbeda dan dicari rata-ratanya karena ketinggi unggun yang befluktuasi nilainya. Pada percobaan ini untuk setiap variasi kecepatan yang digunakan adalah Q=1 dan Q=1,4 untuk setiap posisi termokopel tertentu. Posisi termokopel yang divariasikan adalah posisi termokopel yang tercelup dan terangkat. Data percobaan diambil selama 2 menit untu 3 kali percobaan. Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengamati proses perpindahan panas dalam unggun. Karena percobaan ini dilakukan selama selang waktu terentu, praktikan dapat mencari hubungan suhu, ketinggian unggun, dan perubahan tekanan terhadap waktu

Page 21

fluidisasi charlie f diba jupiter m muchtazam

Documents