BAB I PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Suatu fenomena berubahnya sifat suatu padatan dalam suatu reaktor menjadi bersifat fluida dikarenakan adanya aliran fluida kedalamnya baik berupa liquid maupun gas itu yang disebut dengan fluidisasi. Jika suatu aliran udara melewati partikel unggun yang ada dalam tabung, maka aliran tersebut akan memberinya gaya set (drag force) pada partikel dan menimbulkan pressure drop sepanjang unggun. Pressure drop akan naik jika kecepatan superficial naik.
Dalam percobaan fluidisasi ini terdapat beberapa prosedur yaitu, yang pertama menentukan densitas air, dan ukur butiran padatan, yang kedua yaitu ukur diameter pada kolom fluidisasi, kemudian yang ketiga yaitu ukur tinggi unggun diam, lalu yang keempat yaitu lakukan operasi fluidisasi dengan mengalirkan air dari dasar kolom dan ukur penurunan tekanan ( ΔP ) didalam kolom yang berisi padatan untuk lajur alir yang berbeda-beda, yang terakhir yaitu menentukan kecepatan fluidisasi minimum.
Dalam praktikum ini mahasiswa akan melakukan percobaan fluidisasi ini sehingga mahasiswa dapat mengetahui apa itu fluidisasi. Faktor-faktor yang mempengaruhi fluidisasi serta kelebihan dan kekurangan dari fluidisasi tersebut apabila diaplikasikan oleh mahasiswa kedalam bidang perindustrian.
I.2 Tujuan Percobaan
1. Menentukan kurva karakteristik fluidisasi, yaitu kurva yang menggambarkan hubungan ΔP unggun dengan U
2. Menentukan kecepatan fluidisasi minimum
3. Mengetahui fenomena-fenomena yang terjadi selama operasi berlangsung secara visual
I.3 Manfaat Percobaan
1. Dapat menentukan pengaruh tinggi unggun terhadap fluidisasi serta dapat menjelaskan fenomena yang terjadi selama fluidisasi
2. Dapat mengetahui cara kerja dari fluidisasi 3. Dapat mengetahui cara kerja dari alat manometer I.4 Problema Percobaan
1. Pada manometer, sering kemasukan pasir yang menyebabkan atau mempengaruhi perubahan tekanan sehingga pasir harus dibersihkan dahulu.
2. Pada unggun, banyak terdapat kotoran atau lumut sehingga akan mempengaruhi laju alir fluida.
I.5 Metode Percobaan
Pada percobaan fluidisasi yang harus dilakukan pertama kali oleh praktikan adalah meminjam alat kepada petugas labolatorium, alat yang dipinjam adalah antara lain: gelas ukur, stop watch, ember. Kemudian mengukur tinggi unggun dan kemudian mengisi tangki air sebanyak 4/5 bagian dan dijaga konstan isi air tersebut. Setelah langkah ketiga, kemudian buka kran bawah dan kran atas. Setelah terbuka nyalakan pompa . Lalu buka kran tengah. Setelah kran tengah terbuka tinggi unggun diukur dan laju alir, pressure drop diukur juga serta amati fenomena yang terjadi.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA II.1 Pengertian Fluidisasi
Fluidisasi adalah sebuah teknik pengontakan fluida baik gas maupun cairan dengan suatu butiran padat. Dimana butiran padatannya mempunyai diameter yang bermacam-macam seperti 0,2 – 0,355mm ; 0,355 – 0,63mm dan 0,63 – 1,0mm. Fluidisasi terjadi apabila butiran padatan tersebut telah tersuspensi dalam gas atau cairan sehingga sifat dari butiran padatannya itu berubah seperti fluida. Untuk memfluidisasi butiran padatan tersebut dapat dilakukan dengan memperbesar laju aliran gas dalam tabung / kolom. Karena apabila kecepatan fluida relatif rendah, butiran padatan tetap diam karena fluida hanya mengalir melalui ruang antar partikel tanpa menyebabkan terjadinya perubahan susunan partikel tersebut. Berbeda hal jika kecepatan fluida di naikkan sedikit demi sedikit, pada saat tertentu penurutan tekanan akan sama dengan gaya berat yang bekerja terhadap butiran-butiran padatan sehingga unggun mulai bergerak. Dimana mula-mula dalam praktikum ini butiran padatan dengan berbagai macam besarnya diameter tersebut dimasukkan kedalam tabung atau kolom fluida pada ketinggian yang bermacam-macam pula (3cm, 4cm, dan 5cm) yang kemudian dialiri udara tekan dengan laju yang bervariasi.
Disini terihat bahwa padatan bergerak seperti fluida dengan ketinggian yang berbeda. Pada percobaan didapatkan data besarnya nilai penurunan tekanan (ΔP) pada lajur tertentu (Q). Sehingga dapat dbuat kurva karakteristik fluidisasinya.
Dilihat dalam hasil percobaan, kurva karakteristik fluidisasi tiap butiran padatan dengan berbgai ketinggian adalah berbeda. Hal ini disebabkan karena
adanya pengaruh perbedaan diameter dan massa jenis dari setiap butiran padatan yang digunakan. Sehingga mempengaruhi fluidisasinya hanya sedikit fluidisasinya butiran padatan meskipun laju alir udara tekan yang diberikan sama. Semakin besar diameter suatu butiran padatan, maka butiran padatan tersebut terfluidisasi hanya sedikit bahkan ada juga yang tidak terfluidisasi. Begitupun sebaliknya, semakin kecil diameter suatu padatan, maka larutan butiran padatan yang terfluidisasi akan semakin banyak.
Selain itu tinggi dari unggun pun berpengaruh. Semakin tinggi unggun menyebabkan semakin banyaknya volume dari butiran padatan yang mengisi kolom tersebut. Sehingga akan mempengaruhi terfluidisasinya butiran padatan yang menyebbkan sedikitnya butiran padatan terfluidisasi. Sebaliknya jika semakin rendah tinggi unggun, menyebabkan semakin sedikitnya volume dari butiran padatan itu, maka butiran padatan yang terfluidisasi pun akan semaki banyak.
Untuk menentukan harga alir minimum (Umf) dapat dilihat dari kurva
karakteristik fluidisasi ataupun bisa dilakukan dengan praktikum.
(Putra,2013) II.2 Penerapan Fluidisasi
Penggunaan fluidisasi secara ekstensif dimulai pada industri pengolahan minyak bumi, yaitu dengan dikembangkannya proses perengkahan katalitik hamparan fluidisasi (fluid-bed catalytic cracking). Walaupun industri dewasa ini banyak menggunakan reaktor penaik (riser) dan pipa transpor (transport-line) untuk perengkahan katalitik dan tidak lagi hamparan fluidisasi, namun regenerasi katalis masih dilaksanakan didalam reaktor hamparan fluidisasi, yang besarnya sampai mencapai diameter 30ft. Fluidisasi digunakan juga di dalam proses katalitik lainnya, seperti sintesis akronitil, dan untuk melaksanakan reaksi zat padat-gas. Demikian pula dewasa ini perubahan batu bara dalam hamparan
fluidisasi banyak menjadi perhatian sebagai suatu cara untuk mengurangi uap biaya pembangkitan uap dan mengurangi emisi bahan pencemar. Hamparan fluuida banyak digunakan untuk memanggang bijih, meneringkan zat padat halus dan adsoropsi gas.
(Warren, 1986) II.3 Keuntungan Dan Kerugian Fluidisasi
A. KEUNTUNGAN
1. Kebocoran seperti pada aliran cairan dan partikel memberikan kontrol secara kontinyu.
2. Kecepatan pencampuran solid mendekati kondisi ishotermal, tekanan melalui reaktor dimana operasi dapat di kontrol dengan mudah.
3. Sirkulasi solid oleh fluidized bed membuatnya mungkin untuk transportasi dengan jumlah yang sangat banyak.
B. KERUGIAN
1. Sulit menggambarkan aliran gas dengan deviasi besar dari sumber aliran dan dengan passing dari solute dan gelembung-gelembung menyebabkan tidak effisiennya sistem kontak. Hal ini menjadi serius bila konversi tinggi dan reaktan-reaktan dibutuhakn.
2. Keceptan penguapan solid dalam uniformnya waktu tinggal solid ini memberikan konversi lebih efektif dengan kata lain untuk mengerjakan solid secara batch. Pencampuran ini menolong karena memberikan produk solid seragam untuk reaksi-reaksi katalitik.
3. Erosi pipa dan tempat abrasi partikel.
4. Untuk pengoperasian luas katalitik pada tempat operasi yang berpengaruh terhadap kecepatan reaksi.
PENGGUNAAN PROSES FLUIDISASI DALAM INDUSTRI 1. Operasi Secara Fisik
- Transportasi : sifat fluidisasi pada fluidized bed juga merupakan sifat yang sama dengan cairan dan sifat ini sangat efektif digunakan untuk alat transportasi dari bubuk padatan
- Heat Exchanger (HE) : fluidized bed dapat digunakan untuk HE operasi fisik dan kimia karena kemampuannya untuk mempercepat perpindahan panas dan menjaga suhu menjadi komstan dengan ditunjukkan sebagian kecil dari bermacam penggunaan dalam lingkup ini.
- Adsorpsi : proses adsorpsi multistages chart untuk pemisahan dan pemurnian kembali komponen gas.
2. Operasi Secara Kimia
Contoh : reaksi gas dengan katalis padat dan reaksi padat dengan gas.
(Prabababu,2012)
II.4 Jenis – Jenis Fluidisasi a. Fluidisasi Partikulat
Dalam fluidisasi air dan pasir, partikel-partikel bergerak menjauh satu sama lain dari gerakannya bertambah hebat dengan bertambahnya kecepatan, tetapi densitas hampatan rata-rata pada suatu kecepatan tertentu sama disegala arah hamparan. Proses ini disebut “ Fluidisasi partikulat” yang bercirikan ekspansi hamparan yang cukup besar tetapi seragam pada kecepatan yang tinggi.
Kertika fluida cairan seperti air dan padatannya berupa kaca, gerakan partikel pada saat terfluidisasi terjadi dalam ruanng sempit dalam hamparanSeiring dengan bertambahnya kecepatan fluida dan penurunan tekanan, maka hamparan akan terekspansi dan gerakan dan pergerakan partikel semakin cepat. Jalan bebas rata-rata suatu partikel diantara tubrukan-tubrukan dengan partikel akan bertambah besar dengan meningkatnya kecepatan fluida, dan akibatnya porositas hamparan akan meningkat pula. Ekspansi dari hamparan ini akan di ikuti dengan meningkatnya kecepatan fluida samapi setiap partikel bertindak sebagai suatu individu.
b. Fluidisasi Gelembung
Hamparan zat padat yang terfluidisasi didalam udara biasanya menunjukkan fluidisasi yang dikenal sebagai fluidisasi minimum. Bila kecepatan superficial gas diatas kecepatan jauh lebih besar dari Umf kebanyakan gas itu
mengalir melalui hamparan dalam bentuk gelembung, dan hannya sebagian kecil gas itu mengalir dalm saluran-saluran yang terbentuk diantara partikel. Partikel itu bergerak tanpa aturan dan didukung oleh fluida tetapi diruang-ruang antara gelembung fraksi kosong kira-kira sama dengan kondisi awal fluidisasi . Gelembung yang terbentuk berperilaku hamper seperti gelembung udara dalam air, atau gelembung uap dalam zat cair yang mendidih (hamparan didih).
PROSES FLUIDISASI
Bila suatau zat cair dilewatkan melalui hamparan lapisan partikel padat pada kecepatan rendah, partikel-partikel itu tidak bergerak. Jika kecepatan fluida berangsur-angsur dinaikan, partikel-partikel itu akhirnya akan mulai bergerak dan melayang di dalam fluida. Istilah “fluidisasi” (fluidization) dan “hamparan fluidisasi” (fluidized bed) bhias digunakan untuk keadaan partikel yang seluruhnya dianggap melayang, karena suspense ini berperilaku seakan-akan fluida rapat. Jika hamparan itu dimiringkan, permukaan atasnya akan tetap horizontal, dan benda-benda besar akan mengapung atau tenggelam di dalam hamparan itu bergantung pada perbandingan densitasnya terhadap suspense. Zata padat yang terfluidisasi dapat dikosongkan dari hamparannya melalui pipa dan katub sebagaimana halnya suatu zat cair, dan sifat fluiditas ini merupakan keuntungan utama dari penggunaan fluidisasi untuk menangani zat padat.
FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI FLUIDISASI 1. Porositas Minimum
Kecepatan pada waktu mulainya fluidisasi disebut kecepatan kritis dan porositas unggun pada saat itu disebut porositas minimum untuk fluidisasi, ∑Mf
Porositas minimum bergantung pada ukuran dan bentuk butiran. Biasanya ∑Mf akan semakin kecil seiring dengancsemakin besarnya butiran. Harga-harga porositas minimum untuk berbagai bahan dapat diketahui dari percobaan-percobaan
2. Tinggi Unggun
Apabila kecepatan fluida makin besar, unggun akan makin mengembang, porositas bertambah dan volume unggun bertambah. Bila penampang tabung tetap, maka porositas merupakan fungsi dari tinggi unggun L.
Biasanya porositas salah satu diketahui (porositas unggun diam atau porositas minimum). Apabila tinggi yang bersangkutan diketahui, maka tinggi untuk porositas yang lain dapat dihitung.
3. Kecepatan fluidisasi minimum
4. Penurunan tekanan di dalam unggun terfluidisasi
EVALUASI PARAMETER DIDALAM PERISTIWA FLUIDISASI 1. Densitas Partikel
2. Bentuk Partikel 3. Diameter Partikel 4. Porositas Unggun
(Aya,2012) II.5 Sifat Bahan
A. Air
1. Nama sistematis : Air 2. Rumus molekul : H2O 3. Massa molar : 18.0153 g/mol
4. Densitas dan fase :0.998 g/cm³ (cariran pada 20 °C) 0.92 g/cm³ (padatan)
5. Kalor jenis : 4184 J/(kg·K) (cairan pada 20 °C)
(anonym,2015) B. Pasir
1. Butiran pasir umumnya berukuran 0,0625 sampai 2 milimeter 2. Materi pembentuk pasir adalah silikon dioksida
3. beberapa pantai tropis dan subtropis umumnya dibentuk dari batu kapur (anonym,2015) BAB III PERCOBAAN III.1 Bahan 1. Air 2. Pasir III.2 Alat 1. Picnometer 2. Gelas ukur 3. Gayung 4. Stopwatch 5. Penggaris 6. Neraca analitik
III.3 Gambar Alat
Stopwatch Penggaris Neraca Analitik III.4 Rangkaian Alat Fluidisasi
III.5 Prosedur Praktikum
1. Hitung densitas air dan ukur tinggi unggun diam.
2. Menyalakan pompa dan membuka kran atas bawah hingga lancar. Setelah itu membuka kran atas bawah hingga lancar. Setelah itu buka kran tengah
di putaran 12 , 1, 1 12 , 2, 2 12 .
4. Mengukur volume air yang keluar dalam tangki overflow dengan ketentuan waktu S detik.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1 Tabel Hasil Pengamatan
Diameter Kolom 12.6 cm
Tinggi Unggun Diam 2.5 cm
Diameter Pasir 0.5 cm Luas Kolom 124.63 cm2 ρ air ledeng 0.921 g/ml ρ pasir 5.231 g/ml ρ aquadest 1 g/ml μ aquadest 0.0085 g/cm.s μ air ledeng 0.0092 g/cm.s ρ Air raksa 13.6 g/ml μ air raksa 0.015 g/cm.s T (sekon ) Bukaan Kran
Tinggu Unggun ManometerSelisih Volume
(cm) (cm) (ml) 5 1/2 3 2.5 2.5 0.3 0.3 0.3 350 260 340 5 1 4 3.5 3 0.8 0.7 0.6 565 665 680 5 1 1⁄2 3.5 2.5 2 0.9 0.9 0.8 715 650 600 5 2 2.7 3.2 3.5 1 1 0.9 715 740 765 5 2 1⁄2 3.1 2.4 2 1 0.9 0.7 710 670 650 rata2
tinggi rata2 selisih volumerata2 Debit (Q) unggun (cm) manometer(cm) (ml) ml/s 2.6 0.3 316.6 63.32 3.5 0.7 636.6 127.32 2.6 0.8 655 131 3.1 0.9 740 148
2.5 0.8 676.6 135.32
IV.2 Tabel Hasil Perhitungan Bukaan
kran εf V0 Nre ΔP ergun
ΔP pengamatan Umf ergun Umf pengamatan 1/2 0,38 0,508 15,256 0,0272152 3,756 9942,501 18826693,48 1 0,54 1,021 30,663 0,9125 8,765 1111691,8 102527876 1 ½ 0,38 1,051 31,56 4 0,06979 10,016 6499,33 133883456,1 2 0,48 1,187 35,64 8 0,0392 11,268 2041,883 169436239,9 2 ½ 0,35 1,085 32,58 5 0,05469 10,016 3990,35 133883456,1 IV.3 Grafik
1. Laju Alir terhadap Tinggi Unggun
1 2 3 4 5 0 20 40 60 80 100 120 140 160 laju alir tinggi unggun
2. Kecepatan linier terhadap tinggi unggun 1 2 3 4 5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 kecepatan linier tinggi unggun
1 2 3 4 5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 tinggi unggun bilangan reynold
4. Laju alir terhadap ∆P pengamatan
1 2 3 4 5 0 20 40 60 80 100 120 140 160 laju alir ∆P pengamatan
5. Tinggi unggun terhadap Umf perhitungan 1 2 3 4 5 0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 tinggi unggun Umf perhitungan
1 2 3 4 5 0 20000000 40000000 60000000 80000000 100000000 120000000 140000000 160000000 180000000 tinggi unggun Umf pengamatan IV.4 Pembahasan
Fluidisasi merupakan suatu proses di bidang industri yang sering digunakan dalam pengolahan limbah. Dimana umumnya terdapat dua macam yaitu fluida diam dan fluida bergerak. Dikatakan fluida karena mampu mengalir dan membentuk selalu berubah sesuai dengan volumenya.
Pada percobaan kali ini kita menvariasi pembukaan kran dari 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5 dengan interval sebanyak 5 kali percobaan dengan waktu 5 detik. Seperti halnya kita ketahui pada umumnya semakin besar pembukaan kran, maka semakin besar pula kecepatan aliran. Dan juga semakin besar pembukaan kran maka unggun akan bergerak cepat dan semakin tinggi. Dalam perhitungan pressure drop (ΔP) dimana didapatkan bahwa ΔP pengamatan lebih besar dari perhitungan.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan
1 Semakin besar bukaan valve (kran) maka laju aliran semakin besar pula, dan debit air yang tertampung semakin besar pula.
2 Semakin besar bukaan kran, unggun yang dihasilkan juga semakin tinggi, dikarenakan laju aliran yang tinggi juga akan mempengaruhi tinggi unggun yang dihasilkan.
3 Semakin besar bukaan kran, maka ΔΡ perhitungan semakin kecil tetapi ΔΡ pengamatan semakin besar.
V.2 Saran
Pada saat praktikum hendaknya kelayakan alat yang dipakai juga harus diperhatikan, dikarenakan alat yang tisak sempurna dalam pengoperasiannya akan mempengaruhi hasil yang didapat dalam praktikum. Pada valve hendaknya dipakai bukaan yang lebih mudah, agar tidak terjadi kesalahan pada saat praktikum, dikarenakan banyak dijumpai masalah bahwa praktikan masih banyak kesulitan membuka kran. Harus lebih hati-hati dalam menyalakan kram, apabila salah menyalakan kran akan sangat fatal akibatnya.
DAFTAR PUSTAKA
Anonym.2015.Air.https://id.wikipedia.org/wiki/Air.minggu, 13 September 2015 Pukul 23.11 WIB
Anonym.2015.pasir.https://id.wikipedia.org/wiki/Pasir.minggu,13 September 2015 pukul 23.11 WIB
Aya.2012.fluidisasi.aya-snura.blogspot.co.id/2012/01/fluidisasi.html.minggu, 13 September 2015 pukul 23.11 WIB
McCabe.WarrenL.1986.”Operasi Teknik Kimia”.Erlangga:Jakarta
Prabababulaulia.2012.fluidisasi.prabababulaulia.wordpress.com/2012/03/24/fluidi Sasi/minggu, 13 September 2015 pukul 23.11 WIB
Putra.2013.fluidisasi.putrajawali76.blogspot.co.id/2013/04/fluidisasi.html.minggu 13 September 2015 pukul 24.00 WIB
APENDIX 1. Densitas (ρ) air ledeng
Berat pikno kosong = 11.98 gr Berat pikno isi =21.19 gr Volume pikno = 10 ml
Densitas (ρ) air ledeng = isi−10kosongml
=
21,1910−11,98=
9,2110
=
0,921 gr/ml 2. Densitas pasirBerat pasir = 26.155 gr
Volume air yang tumpah = 5ml
Densitas pasir ρ = 26,155mlgr = 5,231 gr/ml 3. Densitas aquadest
(ρ) = 1 gr/ml
4. Porositas minimum pasir ( mf)ɛ mf =
ɛ volume titrasivolume pasir = 10046 = 0,46 gr/ml 5. Porositas hamparan pasir ( f)ɛ
(1 - f) = ɛ 1−εmf lmf lm = 1−0,46 2,6 3 = 0,62 f = 0,38 ɛ 6. Luas kolom A = 14 π D = 14 x 3,14 x 12,6 = 124,63 cm2
7. Viskositas air ledeng
Viskositas aquadest (Mc.Cabe) = 0,0085 gr/cm.det t= 5 second
μ = ρ Aquadest x tρ air ledeng x μ aquadest
= 10,921x5 0,0085x5 = 0,0092 g/ml
Vo = QA = 124,6363,32 = 0,508 9. Menghitung Nre
Nre = Dp x Vo x ρ air ledengμ air ledeng
= 0,3x0,5080,0092x0,921 = 0,14030,0092 = 15,256 gr/ml 10. ∆P Persamaan ergun ∅ s = 1 gc= 980,67 ∆P = 150(1−εf) 2 x ρ air ledeng x Vo2 ∅s2x Nre x Dp x gc x εf2 x 1,75x ρ air ledeng x Vo2x(1−εf) ∅s2x Dp x gc x εf2 = 150(0,62) 2 x0,921x(0,508)2 1x15,256x0,3x980,67x(0,38)2 x 1,75x0,921x(0,508)2x0,62 1x0,3x980,67x(0,38)2 = 0,021145 + 0,00607023 = 0,02721523 11. ∆P Pengamatan ρ air raksa = 13,6 gr/cm3
μ air raksa = 0,015 gr/cm.detik ∆P = h (g/gc) (ρ air raksa – ρ air ledeng) = 0,3 (13,6 – 0,921)
= 0,3 x 12,52 = 3,756 gmol/cm2
Umf= ∆ P2x(ρ air raksa −ρ air ledeng)gc ¿ ¿ ¿ = [(0,0273)2x(13,6−0,921)980,67] 0,0092 = 9942,501 13. Umf dari pengamatan
Umf = [∆ P 2x(ρir raksa −ρ air ledeng)gc] μ air ledeng = [3,7562x(13,6 −0,921)980,67] 0,0092 = 18826693,48
