Studi Karakteristik Pengeringan Pupuk NPK (15:15:15) Menggunakan Tray Dryer

`

Studi Karakteristik Pengeringan Pupuk NPK (15:15:15) Menggunakan Tray Dryer

LABORATORIUM PERPINDAHAN PANAS DAN MASSA

Jurusan Teknik Kimia FTI - ITS

Disusun oleh :

Argatha Febriansyah -

(2310100106)

Rucita Ramadhana -

(2310100152)

Dosen Pembimbing :

1. Prof. Dr. Ir. Ali Altway, MS.

2. Dr. Ir. Susianto, DEA.

Seminar Skripsi

PENDAHULUAN

PUPUK NPK MEMEGANG

PERANAN PENTING PADA

SEKTOR PERTANIAN DI

INDONESIA

Keterangan : Proses : Recycle

Bahan Baku Granulasi Pengeringan

Scrubber Pengayakan Pendinginan

Pelapisan Pengantongan Dedusting

Proses pengeringan pada industri Pupuk NPK memegang peranan penting dimana

kandungan air dalam spesifikasi Pupuk NPK (15:15:15) dibatasi maksimum 1,5-2%

(www.fao.org) (Pupuk Phonska SNI 02-2803-

2000)

Mengapa Kadar Air Dalam Pupuk NPK Perlu Dibatasi ?

Kadar Air Yang Berlebihan

Merusak Struktur Granular Pupuk

Mempengaruhi Kualitas Dan Kandungan Gizi Pupuk

Mengapa Perlu Dilakukan Studi Karakteristik Pengeringan?

Proses pengeringan pada skala industri memerlukan desain alat pengering yang tepat dan efesien.

Desain alat pengering ini memerlukan data karakteristik pengeringan pupuk tersebut.

Dipilih Tray dryer karena cocok digunakan untuk skala

laboratorium, memiliki efisiensi thermal yang tinggi, cocok untuk segala bahan, moisture content akhir lebih rendah, dan memiliki resiko yang lebih rendah terhadap ledakan (Mujumdar,1995) (EPA,2006)

Telah melakukan studi karakteristik pengeringan Pupuk NPK (15 : 15 :15) melalui eksperimen dengan fixed-bed dan simulasi.

Secara garis besar penelitian ini menginvestigasi tentang persamaan pengeringan semi-empiris.

PENELITIAN SEBELUMNYA

Laboratorium Perpindahan Panas Massa dan Pemisahan

Jurusan Teknik Kimia

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Penelitian tentang studi karakteristik

pengeringan apel menggunakan tunnel dryer dengan variabel bebas suhu udara, aliran udara dan moisture relatif.

Hasil pengukuran digunakan untuk menentukan kurva laju pengeringan.

DIKBASAN (2007)

Telah melakukan studi karakteristik pengeringan Pupuk NPK (15 : 15 :15) melalui eksperimen dengan fixed-bed dan simulasi.

Secara garis besar penelitian ini menginvestigasi tentang persamaan pengeringan semi-empiris.

PENELITIAN SEBELUMNYA

Laboratorium Perpindahan Panas Massa dan Pemisahan

Jurusan Teknik Kimia

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

SRINIVASA (2008)

Penggunaan tray dryer untuk menentukan karakteristik pengeringan pernah digunakan pada sawdust dari kayu pohon palm.

Penelitian ini menyatakan bahwa tingkat pengeringan meningkat dengan peningkatan suhu medium pengering.

PENELITIAN SEBELUMNYA

Laboratorium Perpindahan Panas Massa dan Pemisahan

Jurusan Teknik Kimia

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

AKPINAR (2004)

Penelitian eksperimen secara komprehensif dilakukan untuk mengukur distribusi kadar air dalam potongan kentang dengan range variabel suhu (60-80⁰C) dan kecepatan udara 1 - 1.5 m/s.

Kemudian hasil diuji dengan 4 model untuk menentukan parameter proses pengeringan.

PENELITIAN SEBELUMNYA

Laboratorium Perpindahan Panas Massa dan Pemisahan

Jurusan Teknik Kimia

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Harianto D &

Khoir M (2009)

Melakukan studi eksperimental karakteristik pengeringan limbah padat tapioka. Hasil penelitian di evaluasi menggunakan tiga belas model semi-teoritis. Dan diperoleh bahwa model Midilli paling tepat untuk menjelaskan kurva karakteristkik pengeringan limbah padat

PENELITIAN SEBELUMNYA

Laboratorium Perpindahan Panas Massa dan Pemisahan

Jurusan Teknik Kimia

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Proses pengeringan pupuk NPK menggunakan fixed bed dryer secara eksperimen.

Hasil penelitian ini menunjukkan laju pengeringan secara jelas meningkat dengan peningkatan suhu udara dan pengaruh laju aliran udara tidak begitu terlihat jelas pada laju pengeringan.

Han 2002

PERUMUSAN MASALAH

Untuk mendapatkan hasil yang terbaik dalam

menentukan kondisi operasi atau mendesain

alat pengering yang tepat, maka diperlukan

studi karakteristik pengeringan Pupuk NPK

(15:15:15).

TUJUAN PENELITIAN

1. Mengkaji pengaruh suhu udara

pengering, kecepatan udara pengering, dan ukuran partikel sampel terhadap karakteristik pengeringan pupuk NPK (15:15:15).

2. Menemukan model yang tepat untuk

menjelaskan karakteristik pengeringan

pupuk NPK (15:15:15) memakai model

pengeringan semi teoritis

METODOLOGI PENELITIAN

TAHAPAN PENELITIAN

Melakukan Percobaan Proses Pengeringan Membuat Kurva Karakteristik

Menentukan Parameter Model Pengeringan Memilih Model semi-teoritis untuk

mengevaluasi hasil percobaan Studi Literatur

Preparasi Sampel

GAMBAR SKEMA TRAY DRYER

Keterangan gambar :

1. Inlet udara masuk

2. Kipas angin 3. Pemanas

4. Display suhu Td dan Tw dan switch

termokopel 5. Pengatur

kecepatan udara 6. Termokopel

7. Termometer bola kering

8. Termometer bola basah 9. Pintu kaca 10. Timbangan digital

11. Tray

12. Wadah sampel 13. Ruangan

Pengering 14. Voltage

Regulator sebagai pengatur suhu

Variabel Penelitian

Variabel yang telah dikaji adalah :

• Suhu udara pengering yaitu : 60, 70, dan 80

^o

C

• Kecepatan udara pengering yaitu : 0,6 dan 1,4 m/s

• Ukuran partikel yaitu : 6, 8, dan 10 mesh Variabel respon antara lain adalah :

• Kurva karakteristik pengeringan Pupuk NPK

• Karakteristik model pengeringan semi-teoritis

1. Menentukan moisture ratio hasil eksperimen

2. Menganalisa hasil eksperimen dengan model two term eksponen dan midili. Dengan

persamaan :

MR^eksperimen =

MCe MCMCt0 MCe





we wwt0 we



 = =

MC0 MCt

MRmodel two term eksponential= a. exp (-kt) + (1-a).exp (-kat) MRmodel midilli = a. exp (-ktⁿ) + bt

Analisa Statistik Model

1. Koefesien Determinan (R²)

Sum of Square Error (SSE) = ∑ (MR_ex – MR_m)²

Sum of Square Total (SST) = ∑ (MR_ex – MRrata-rata ex)²

2.Standard Error of Estimate (SEE)

3. Root Mean Square Error (RMSE)

4. Mean Sum of Squares of Errors (MSE) R² =

SST

SSR = 1 -

SST SSE

SEE =  

n N N

1 i

model 2 exp MR

MR



 

RMSE = ^N

 

^1/2

1 i

exp 2 MRi, pre

MRi, N

1 

 _

 

MSE = ^



^MR_exp,i ^MR_pre,i



²

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kurva hubungan antara moisture content terhadap waktu pada pupuk NPK (15:15:15) berdasarkan perbedaan suhu udara pengering (̊C) dengan ukuran partikel 10 mesh dan kecepatan udara pengering 0.6 m/s

0 1 2 3 4 5 6

Moisture Content (gr H 2O/ gr sampel kering)

suhu 60 C suhu 70 C suhu 80 C

Kurva hubungan antara moisture content terhadap waktu pada pupuk NPK (15:15:15) berdasarkan perbedaan kecepatan udara (m/s) dengan ukuran partikel 6 mesh dan suhu 80 ⁰C

0 1 2 3 4 5 6

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Moisture Content (gr H 2O/ gr sampel kering)

Waktu (menit)

kecepatan 0.6 m/s kecepatan 1.4 m/s

Kurva hubungan antara moisture content terhadap waktu pada pupuk NPK (15:15:15) berdasarkan perbedaan ukuran partikel

(mesh) dengan kecepatan udara pengering 0.6 m/s dan suhu 80 ^oC.

0 1 2 3 4 5 6

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Moisture Content (gr H 2O/ gr sampel kering)

10 mesh 8 mesh 6 mesh

Kurva hubungan antara drying rate terhadap free moisture pada pupuk NPK (15:15:15) berdasarkan perbedaan suhu udara pengering (̊C)

dengan ukuran partikel 10 mesh dan kecepatan udara pengering 0.6 m/s

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

Rate Drying (gr H 2O/cm3 .menit)

Free Moisture (gr H₂O/ gr sampel kering)

suhu 60 C suhu 70 C suhu 80 C

Evaluasi model pengeringan

Model Two term eksponensial

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

MR Model Two Term Eksponensial

MR Eksperimen

+38 %

-13.5 %

a = 1.5224 T^-0.1058 V^0.00034 D_p^0.0116 k = 0.000017 T^1.581 V^0.4059 D_p^0.1909

Hasil Analisa Statistik Model Two Term Eksponensial

Model midilli

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

MR Model Midilli

MR Eksperimen ²⁸

-5.3 % +7.6 %

a = 1.0940 T^-0.01789 v^-0.00629 D_p^-0.00693 b = -0.00167 T^0.00578 v^0.3547 D_p^-0.066

k = 0.0079 T^-0.000022 v^-0.000002 D_p^-0.0000014 n = 0.06711 T^0.65074 v^0.0226 D_p^-0.0697

Hasil Analisa Statistik Model Midilli

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0 50 100 150 200 250 300

Moisture Ratio (MR)

Waktu (menit)

Model Midilli

KESIMPULAN

1. Hasil penelitian menunjukkan bahwa suhu udara pengering dan kecepatan udara pengering memberi pengaruh yang signifikan terhadap laju pengeringan, sedangkan untuk ukuran partikel pupuk NPK (15:15:15) kurang memberikan pengaruh yang signifikan terhadap laju pengeringan.

2. Pada penelitian ini Model Midilli direkomendasikan sebagai model pengeringan untuk granular pupuk NPK (15:15:15) dengan nilai parameter dan koefisien model emipiris sebagai berikut :

MR = a. exp (-kt ⁿ ) + bt

a = 1.0940 T^-0.01789 v^-0.00629 D_p^-0.00693 b = -0.00167 T^0.00578 v^0.3547 D_p^-0.066

k = 0.0079 T^-0.000022 v^-0.000002 D_p^-0.0000014 n = 0.06711 T^0.65074 v^0.0226 D ^-0.0697

0 0.01 0.02 0.03

Rate Drying (gr H2 O/cm3 .menit) ^{10 mesh}

8 mesh 6 mesh

Kurva pengaruh ukuran partikel sampel terhadap laju pengeringan pupuk NPK

variabel suhu 60 C dan kecepatan udara 0.6 m/s

0 0.01 0.02 0.03 0.04

0 1 2 3 4 5

Rate Drying ( gr H2 O/ cm3 .menit )

Free Moisture ( gr H²O/ gr sampel kering )

kecepatan 0.6 m/s kecepatan 1.4 m/s

Kurva pengaruh kecepatan udara pengering terhadap laju pengeringan pupuk NPK

variabel suhu 60 C dan ukuran partikel 10 mesh