Lembar Tugas dan Pengesahan Pembicaraan Awal Laboratorium Operasi Teknik Kimia

(1)

Pemeriksaan I Nama/Paraf Assisten

Pemeriksaan II

& Stempel Lab. OTK

Terlambat : hari

(Paraf dan stempel pada saat laporan di kumpulkan)

FAKULTAS TEKNIK UNTIRTA JURUSAN TEKNIK KIMIA

LABORATORIUM OPERASI TEKNIK KIMIA

LEMBAR PENUGASAN

Program *) : - TK.404 Lab. Operasi Teknik Kimia I - TK.405 Lab. Operasi Teknik Kimia II

Percobaan No. : 1

Nama Percobaan : N o n I d e a l F l o w

DITUGASKAN KEPADA KELOMPOK NO : 19

NIM : 3335210036 Nama : A d a m S y a h r i r NIM : 3335210009 Nama : H a n a S e t i a n i n g s i h NIM : 3335210048 Nama : R i v a t u l H a e r u n n i s a

Praktikum Tanggal : 2 9 S e p t e m b e r 2 0 2 3 Sifat Tugas : Biasa/ Ulangan/ Perbaikan

Keterangan Tugas:

Cilegon, . . . 2023

Denni Kartika Sari, S.T., M.T.

NIP. 198110042008122003

Form. 01/Lab OTK/2023

(2)

LEMBAR PENGESAHAN PEMBICARAAN AWAL

MODUL : NON IDEAL FLOW

Catatan:

Cilegon, 2 1 S e p t e m b e r 2023 Cilegon, . . . 2023

Asisten Dosen Pembimbing

Nihayatul Ilmiyah Denni Kartika Sari, S.T., M.T.

NIM. 3335190024 NIP. 198110042008122003

(3)

LEMBAR PENGESAHAN PEMBICARAAN AKHIR

MODUL : NON IDEAL FLOW

Catatan:

Cilegon, . . . 2023

Dosen Pembimbing

Denni Kartika Sari, S.T., M.T.

NIP. 198110042008122003

(4)

iv ABSTRAK

Hopper adalah alat yang digunakan untuk penyimpanan granular solid.

Hopper memiliki umpan berupa campuran dari berbagai powder atau satu jenis powder namun dengan ukuran yang berbeda. Tujuan dari percobaan ini adalah untuk menguji dan mendiagnosis sistem aliran dalam percobaan non ideal flow dengan menggunakan stimulus response, mengevaluasi serta mendiskusikan model aliran secara mendalam, menghitung RTD dalam hopper, dan mengetahui silo yang ideal. Analisa distribusi waktu tinggal pada hopper banyak diaplikasikan pada industri pengolahan padatan berupa powder, seperti industri semen, baterai, obat- obatan, makanan, detergen, dan bagging (pengepakan). Pada percobaan ini, terdapat empat tahapan proses yakni persiapan alat, dengan memasang amplas pada silo dan memasang silo pada tiang serta memasang hopper pada silo dengan kemiringan hopper. Penentuan kecepatan aliran, dengan menimbang massa sampel dan memasukan sampel ke dalam silo dan hopper. Menyiapkan kontainer dan mengisinya dengan sampel kemudian menimbang massa sampel. Penentuan segregasi ukuran dengan penjejak, yaitu menimbang massa sampel dan tracer, lalu memasukkan sampel dan tracer kedalam silo dan hopper. Kemudian menyiapkan container dan mengisinya dengan sampel. Pemisahan sampel dan tracer dan menimbang sampel yang telah diayak. Tahap terakhir yaitu pengkondisian akhir.

Pola aliran yang terjadi selama percobaan yaitu mass flow dan funnel flow. Mass flow mengacu pada pola aliran dimana semua partikel dalam silo bergerak selama pelepasan, partikel bergerak secara seragam dan terus-menerus, funnel flow mengacu pada pola aliran dimana hanya sebagian material di dekat dinding silo yang bergerak, sedangkan wilayah tengahnya tetap stagnan. Nilai RTD (E) tertinggi dicapai saat dinding silo menggunakan ampelas nomor 2 saat waktu 10 detik.

kekasaran dinding halus (tanpa amplas) memiliki titik puncak nilai E paling rendah dibanding saat menggunakan amplas nomor 1 (sedang) dan ampelas nomor 2 (kasar).

Kata kunci : Funnel flow, Hopper, Mass flow, Non ideal flow, Silo, RTD

(5)

v DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR PENGESAHAN PEMBICARAAN AWAL ... ii

LEMBAR PENGESAHAN PEMBICARAAN AKHIR ... iii

RINGKASAN ... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... viii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 1

1.3 Tujuan Percobaan ... 2

1.4 Ruang Lingkup ... 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Aliran Non Ideal ... 3

2.2 Silo dan Hopper ... 3

2.3 Proses pada Hopper ... 4

2.4 Pola Aliran Hopper ... 5

2.5 Masalah pada Hopper ... 6

2.6 Faktor yang Mempengaruhi Aliran Non Ideal ... 8

2.7 Kurva E-Reaktor Non Ideal ... 10

2.8 Metode Injeksi Pelacak (Tracer) ... 12

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN 3.1 Diagram Alir ... 14

3.1.1 Proses Menyiapkan Alat... 14

3.1.2 Proses Penentuan Kecepatan Aliran ... 14 3.1.3 Proses Penentuan Segregasi Ukuran dengan Penjejak

(6)

vi

(tracer) ... 15

3.1.4 Proses Pengkondisian Akhir ... 16

3.2 Alat dan Bahan ... 17

3.2.1 Alat ... 17

3.2.2 Bahan ... 17

3.3 Prosedur Percobaan ... 17

3.4 Gambar Alat ... 18

3.5 Variabel Percobaan ... 18

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil ... 19

4.2 Pembahasan ... 21

4.2.1 Pengaruh Kekasaran Dinding terhadap Laju Alir Silo Hopper ... 23

4.2.2 Pengaruh Kekasaran Dinding terhadap Nilai RTD ... 27

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 28

5.2 Saran ... 28 DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

A. Contoh Perhitungan B. Tugas Khusus C. Data Pendukung D. MSDS

E. Jurnal Penelitian F. Fotocopy Logbook G. Blangko Percobaan

H. Fotocopy Kartu Praktikum I. Dokumentasi Percobaan

(7)

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

Gambar 2.1 Silo-Hopper ... 4

Gambar 2.2 Pola Aliran Hopper... 5

Gambar 2.3 Peristiwa Ratholing ... 6

Gambar 2.4 Peristiwa Arching atau Doming... 7

Gambar 2.5 Peristiwa Flushing ... 7

Gambar 2.6 Peristiwa Segregasi ... 8

Gambar 2.7 Pengukuran RTD ... 10

Gambar 2.8 Kurva Dead Zone ... 11

Gambar 2.9 Kurva Channeling ... 12

Gambar 2.10 Kurva Non-Ideal Flow ... 12

Gambar 3.1 Diagram Alir Persiapan Alat ... 14

Gambar 3.2 Diagram Alir Proses Penentuan Kecepatan Aliran ... 14

Gambar 3.3 Diagram Alir Proses Penentuan Segregasi Ukuran dengan Penjejak (tracer) ... 15

Gambar 3.4 Diagram Alir Proses Pengkondisian Akhir ... 16

Gambar 3.5 Rangkaian Alat ... 18

Gambar 4.1 Grafik Pengaruh Kekasaran Dinding terhadap Laju Alir Silo Hopper ... 23

Gambar 4.2 Grafik Pengaruh Kekasaran Dinding terhadap Nilai RTD... 27

(8)

viii

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

Tabel 4.1 Hasil Pengaruh Kekasaran Dinding Halus terhadap Laju Alir ... 19

Tabel 4.2 Hasil Pengaruh Kekasaran Dinding Sedang terhadap Laju Alir ... 19

Tabel 4.3 Hasil Pengaruh Kekasaran Dinding Kasar terhadap Laju Alir ... 20

Tabel 4.4 Hasil Pengaruh Kekasaran Dinding Halus terhadap Nilai RTD ... 20

Tabel 4.5 Hasil Pengaruh Kekasaran Dinding Sedang terhadap Nilai RTD ... 21

Tabel 4.4 Hasil Pengaruh Kekasaran Dinding Kasar terhadap Nilai RTD ... 21

(9)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan industri di Indonesia saat ini mengalami peningkatan termasuk industri kimia yang merupakan industri vital dan strategis untuk mempengaruhi kegiatan ekonomi. Dalam suatu industri, perancangan reaktor, alat penukar panas, dan semua alat kontak fase dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti desain dan pola aliran. Hal tersebut merupakan parameter penting untuk mengetahui pertimbangan ekonomi dan teknik karena dapat mempengaruhi konversi dari produk keluaran. Aliran dalam alat reaktor, penukar panas, dan lainnya selalu non ideal, karena adanya penyimpangan-penyimpangan dalam alat proses tersebut. Dalam industri, terutama pada proses produksi diperlukan alat yang berfungsi untuk perlindungan dan penyimpanan bahan material. Salah satu alat yang dapat digunakan yaitu hopper. Hopper adalah alat yang digunakan untuk penyimpanan granular solid. Hopper memiliki umpan berupa campuran dari berbagai powder atau satu jenis powder namun dengan ukuran yang berbeda.

Perancangan alat proses berkaitan dengan data perhitungan, dimana Distribusi waktu tinggal (RTD) pada hopper memiliki implikasi yang penting untuk memprediksi waktu ejeksi dan mengetahui kualitas suatu pencampuran.

Analisa distribusi waktu tinggal pada hopper banyak diaplikasikan pada industri pengolahan padatan berupa powder, seperti industri semen, baterai, obat- obatan, makanan, detergen, dan bagging (pengepakan). Aplikasi dari non ideal flow sangat bermanfaat dalam industri, terutama dalam meminimalisir masalah-masalah yang terjadi dalam alat proses sehingga aliran mendekati ideal. Percobaan ini perlu dilakukan untuk menambah wawasan terkait pemahaman mengenai tahapan- tahapan proses membuat aliran yang ideal. Harapannya agar mahasiswa dapat mengetahui dan mengevaluasi model aliran dalam percobaan menggunakan stimulus response, dan mampu untuk menghitung RTD dalam hopper, serta mengetahui silo yang ideal.

(10)

2

1.2 Rumusan Masalah

Dalam suatu industri, perancangan reaktor, alat penukar panas, dan semua alat kontak fase dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti desain dan pola aliran. Aliran dalam suatu alat proses, setidaknya memiliki suatu permasalahan sehingga aliran menjadi tidak ideal, untuk meminimalisir masalah tersebut perlu dilakukan percobaan untuk menganalisis fenomena, faktor yang mempengaruhi, model silo yang ideal, dan penentuan RTD,

1.3 Tujuan Percobaan

Tujuan dari percobaan ini adalah untuk menguji dan mendiagnosis sistem aliran dalam percobaan non ideal flow dengan menggunakan stimulus response, mengevaluasi serta mendiskusikan model aliran secara mendalam, menghitung RTD dalam hopper, dan mengetahui silo yang ideal.

1.4 Ruang Lingkup

Ruang lingkup dari percobaan ini dengan menggunakan metode stimulus response. Bahan yang digunakan dalam percobaan yaitu pasir silika dan tracer.

Percobaan ini dilakukan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa.

(11)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Aliran Non Ideal

Ada dua kategori aliran yaitu aliran ideal dan aliran non-ideal. Dua jenis aliran ideal yang paling umum adalah aliran plug dan aliran campuran. Aliran campuran atau mixed flow yang terbaik dalam teknik pencampuran, pencampuran, dan reaksi kimia bolak balik. Sementara itu, aliran plug adalah yang terbaik dalam perpindahan panas, perpindahan massa, dan reaksi kimia order positif.

Pada kolom packed, reaksi ideal menyebar dalam cairan, sehingga diperkirakan sebagai aliran plug untuk menandai penyebarannya. Laju alir gas akan mengganggu aliran plug flow, menyebabkan turbulensi atau intermixing, yang menyebabkan fluktuasi pola aliran menjadi aliran campuran atau jenis aliran ideal. Namun, harga bilangan dispersi tidak cukup untuk menghasilkan aliran yang tidak ideal.

Pola aliran biasanya mengikuti pola aliran plug dan aliran campuran, yang dikenal sebagai aliran non ideal. Untuk melakukan ini, diperlukan suatu model untuk menjelaskan kurva distribusi waktu tinggal (RTD). Dispersi model dengan metode stimulus response adalah salah satu model yang paling sering digunakan. Metode ini menggunakan penginjeksian tracer dalam aliran masuk dan kemudian memeriksa konsentrasinya setiap saat. Waktu penyebaran tracer ditunjukkan dalam waktu yang diperoleh, yang dikenal sebagai Residence Time Distribution, atau RTD (Kusnarjo., dkk. 2009).

2.2 Silo dan Hopper

Sebagai bagian atas bejana, silo memiliki sisi vertikal dan digunakan untuk menyimpan material berat seperti biji-bijian, semen, serbuk, tepung, produk farmasi, dan lain-lain, yang dipengaruhi oleh berbagai jenis pembebanan selama waktu operasi. Struktur silo yang terbuat dari logam dimaksudkan untuk menahan kegagalan buckling shell selama operasinya. Kekuatan struktur silo tergantung pada bentuk dan amplitudo penyimpangan geometrisnya (Widyanto, Susilo Adi, dkk., 2020).

(12)

4

Meskipun hopper mirip dengan silo dalam hal penyimpanan, desain tabung untuk menyimpan zat berada di atas dengan bentuk lancip di bawahnya. Selain itu, Hopper memiliki setidaknya satu sisi miring, yaitu bagian antara silo dan outlet bejana. Hopper ini digunakan untuk menyimpan granular solid dalam wadah berbahan baja dengan penutup atau seal yang kuat (Ramadhani, Aida Nur., 2020).

Gambar 2.1 Silo-Hopper

Meskipun demikian, keduanya juga memiliki persamaan untuk menyimpan zat padat yang dapat terpengaruh oleh cuaca, rusak dengan cepat di udara, atau larut dalam air atau zat lainnya yang berbahaya.

2.3 Proses Pada Hopper

Dalam hal penanganan bulk solid pada fasilitas penyimpanan terdapat tiga fase proses yang dapat dibedakan, yaitu :

1. Pengisian

Selama tahap pengisian, material ditumpahkan secara perlahan dari bagian atas ketika aliran outlet ditutup. Jumlah tekanan yang dimasukkan ke dalam bahan akan meningkat. karena berat lapisan mulai meningkat secara bertahap di seluruh wadah.

2. Penyimpanan

Selama proses penyimpanan, bahan tidak mengalir masuk atau keluar dari wadah. Karena beratnya sendiri dan kekuatan material yang disimpan, ikatan antar partikel dalam bubuk kohesif (halus) ini dapat meningkat seiring dengan waktu. Selain itu, rongga udara yang sangat kecil meningkatkan gaya gesekan dan kontak permukaan yang lebih kuat.

3. Keluaran

Pada langkah terakhir, bahan dikeluarkan melalui lubang di bagian

(13)

5

bawah botol. Zona pelebaran akan dibangun di sekitar outlet setelah outlet dibuka. Dalam hopper dengan sisi yang curam dan halus, zona bahan yang mengalir ini mencakup seluruh area penampang melintang wadah, menghasilkan pola aliran massa. Di sisi lain, dalam hopper dengan dinding kasar, zona pelebaran hanya terbatas pada pusat, menghasilkan pola aliran funnel.

2.4 Pola Aliran Hopper

Aliran padatan di dalam hopper terdiri dari dua jenis umum yaitu aliran massa dan aliran funnel. Terkadang, aliran yang menggabungkan massa dan funnel disebut aliran yang diperluas atau biasa disebut dengan expanded flow.

Skema aliran hopper adalah sebagai berikut :

Gambar 2.2 Pola Aliran Hopper

Dalam aliran massa, semua material bergerak, walaupun tidak selalu dengan kecepatan yang sama, sedangkan dalam aliran funnel, hanya material di bagian tengah yang bergerak, dan material yang dekat dengan dinding tetap diam. Ini adalah perbedaan utama antara aliran massa dan aliran funnel.

Untuk mendekati hopper yang ideal, aliran massa harus digunakan. Ini karena aliran funnel biasanya memiliki masalah yang dapat menyebabkan ratholing, segregasi, dan flushing.

Tiga pertimbangan minimum harus dipertimbangkan saat mendesain hopper aliran massa :

1. Kekasaran dan sudut kemiringan hopper. Kekasaran dinding berhubungan dengan gaya gesek partikel dengan dinding. Faktor-faktor yang mempengaruhi gaya gesek dinding termasuk material dinding, suhu,

(14)

6

kelembaban, korosivitas, dan waktu tinggal.

2. Menghitung ukuran keluaran lubang hopper.

3. Pertimbangkan kecepatan alir keluaran.

2.5 Masalah Pada Hopper

Berikut ini adalah masalah-masalah pada hopper : a. Ratholing

Serbuk hanya mengalir ke bagian outlet, yang mirip dengan lubang tikus. Di sisi lain, "zona mati" terbentuk di tepi hopper dan akan terus bertambah selama hopper tidak dibersihkan hingga kosong, mungkin karena kemiringan hopper kurang curam.

Gambar 2.3 Peristiwa Ratholing b. Arching

Arching, juga dikenal sebagai doming, terjadi ketika serbuk menumpuk dan tidak bisa turun sama sekali karena terhambat oleh sudut outlet hopper.

Bentuk dan ukuran partikel, suhu, kelembaban, waktu tinggal, dan relatif kelembaban adalah beberapa faktor yang dapat mempengaruhi arching.

Gambar 2.4 Peristiwa Arching atau Doming

(15)

7

c. Flushing

Ketika material tidak cukup kohesif untuk membentuk dome yang stabil, partikel mengalir keluar dengan sangat lambat, yang dikenal sebagai flushing. Saat partikel keluar, udara dari luar mencoba masuk ke dalam hopper. Karena partikel terhembus ke atas, area outlet hopper menjadi lebih longgar.

Gambar 2.5 Peristiwa Flushing d. Segregasi

Di tengah, serbuk halus terkumpul, sedangkan di tepi terkumpul serbuk ukuran besar. Sehingga serbuk kasar akan turun lebih lambat daripada serbuk halus. Pada saat pengosongan hopper, efeknya sebagian besar berupa serbuk kasar. Segregasi biasanya terdiri dari dua, yaitu segregasi trajectory dan segregasi melalui percolation.

Gambar 2.6 Peristiwa Segregasi

(16)

8

2.6 Faktor yang Mempengaruhi Aliran Non Ideal

Ketidakidealan aliran dapat disebabkan oleh sejumlah faktor yang saling terkait, antara lain :

1) Distribusi waktu tinggal (RTD)

Dari perspektif teoritis, analisis persamaan keseimbangan massa, momentum, dan energi secara bersamaan dapat digunakan untuk menentukan gambaran kuantitatif proses reaksi yang terjadi di reaktor.

Penyelesaian persamaan diferensial ini akan menghasilkan profil kecepatan dan intensitas fenomena pencampuran di reaktor. Dengan ukuran ini, kami dapat mengukur dampak perilaku hidrodinamik fluida terhadap kinerja reaktor kimia dengan pola aliran yang tidak ideal. Bahkan dengan komputer dan metode numerik modern yang tersedia, prosedur seperti ini pada sebagian besar kasus tidak mungkin dan tidak praktis.

Pendekatan yang lebih sederhana berasal dari kenyataan bahwa waktu tinggal elemen fluida di dalam reaktor merupakan informasi dasar yang sangat penting untuk menentukan konversi akhir elemen. Pada aliran nonideal, jelas waktu tinggal elemen fluida yang masuk ke bejana pada saat yang sama t = 0 tidak akan sama, dan oleh karena itu, gagasan yang kuat distribusi waktu tinggal elemen fluida dalam reaktor dibuat untuk menganalisis masalah ini. Distribusi ini tidak hanya merupakan karakteristik pola aliran dan tipe reaktor, tetapi juga memungkinkan untuk menghitung derajat konversi campuran reaksi yang meninggalkan reaktor.

Volume fluida sangat kecil dibandingkan dengan bejana reaktor, tetapi mengandung jumlah molekul yang cukup untuk membentuk sistem kontinu, menurut konsep elemen fluida yang diperkenalkan oleh Danckwerts (A.

Burghardt, 2010).

Kurva RTD, juga dikenal sebagai fungsi distribusi umur keluar, atau kurva E (t), menunjukkan berapa lama molekul tinggal dalam alat proses.

Kurva RTD ini bermanfaat untuk :

a. Mengetahui distribusi waktu tinggal molekul-molekul dalam alat proses.

(17)

9

b. Menganalisis ketidakidealan alat proses (chanelling, short circuiting, stagnant zone, recycling).

c. Mengetahui volume sebenarnya dari alat prosesnya.

d. Memahami perubahan dalam alat proses.

e. Mengevaluasi proses yang tidak ideal untuk menuju proses yang ideal.

Kurva distribusi waktu tinggal (RTD) digunakan untuk menunjukkan distribusi waktu tingga partikel padatan dalam hopper. Kurva ini diperoleh dari pengukuran konsentrasi tracer keluaran hopper dan digabungkan dengan kurva waktu terhadap %E. Kemudian, untuk mengetahui apakah ada segregasi atau masalah lain dengan hopper, proses dievaluasi. Sebagai contoh, nilai %E dapat dirumuskan sebagai berikut.

𝐸 (𝑡) = 𝐶(𝑡)

∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡₀^∞

Fraksi massa tracer setiap saat adalah C(t). Persamaan trapezoidal dapat digunakan untuk menyederhanakan fungsi penyebut secara numerik, seperti

∫ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥

𝑏 𝑎

≈ ∑ 1

2 (𝑓𝑛 + 𝑓_𝑛+1)(∆𝑥)_𝑛

𝑁−1

𝑁=0

Batas integral dalam eksperimen ini berlangsung dari waktu 0 hingga saat hopper kosong (tidak ada partikel lagi di dalamnya). Nilai C(t) adalah fn, dan nilai ∆t adalah ∆x.

Metode stimulus dan response digunakan untuk menghitung RTD. Ini dilakukan dengan menginjeksikan bahan inert yang dikenal sebagai pelacak ke dalam reaktor pada waktu tertentu t = 0, dan kemudian menghitung konsentrasi pelacak, C, pada aliran keluar sebagai fungsi waktu.

(18)

10

Gambar 2.7 Pengukuran RTD Syarat-syarat tracer ialah :

1. Bahan tracer harus inert (tidak bereaksi dengan bahan yang ada dalam alat proses).

2. Bahan harus dapat diukur (dideteksi) dengan mudah.

3. Sifat fisiknya sebanding dengan campuran reaktannya.

4. Tidak menyerap dinding atau permukaan alat proses lainnya (Nugraha, Erwin., 2014)

Menurut Mahfud.2014. Jenis pelacak yang paling umum digunakan adalah sebagai berikut::

1. Bahan-bahan yang berwarna (misalnya, methyl orange, blue methylen)

2. Bahan-bahan yang mudah dideteksi (misalnya, natrium klorida, heparin, CH4)

3. Substansi radioaktif.

2) State of Aggregation of The Flowing Stream (Keadaan Campuran)

Material yang mengalir dalam bentuk agregasi bergantung pada aliran alami. Kondisi yang dapat terjadi ini dikenal sebagai aliran makro dan mikro.

Sementara molekul-molekul dalam fluida makro tetap bergabung dalam kontainer kecil, molekul-molekul dalam mikrofluida dapat bergerak bebas ke mana pun dan mengambil campuran ke bagian baahnya. Sebagai contoh, gelembung gas dalam cairan (gas dikenal sebagai macrofluids dan cairan dikenal sebagai microfluids) dan gelembung cair dalam gas.

3) Pencampuran Awal dan Akhir

Meskipun pada awal atau akhir aliran yang mengalir menuju tangki,

(19)

11

komponen material fluida tunggal yang mengalir dapat bercampur satu sama lain.

2.7 Kurva E- Reaktor Non Ideal

Menurut, Mahfud.,2014. Ada tiga bentuk kurva E dari reaktor non ideal, yaitu sebagai berikut :

a) Dead Zone (Stagnant)

Sebagai reaktan yang bertahan lebih lama, sebagian dari reaktan menjadi stagnan atau diam pada bagian-bagian tertentu dari reaksi.

Adanya ekor pada kurva RTD menunjukkan hal ini. Gambar berikut menunjukkan zona mati.

Gambar 2.8 Kurva Dead Zone b) Channeling (Short Circuiting)

Bagian reaktan melalui jalan pintas (channeling) pada bagian tertentu reaktor. Akibatnya, sebagian reaktan tinggal lebih singkat daripada yang lain. Ada dua puncak pada kurva RTD yang menunjukkan hal itu. Puncak pertama menunjukkan adanya reaktan yang berumur pendek. Ini adalah gambaran channeling.

Gambar 2.9 Kurva Channelling

(20)

12

c) Non-ideal flow

Adanya penyebaran kurva E yang tidak sama dengan kurva E reaktor ideal menunjukkan bahwa pada umumnya ada aliran yang tidak bersifat ideal. Semakin banyak variasinya, lebih dekat dengan aliran campuran dan lebih dekat dengan aliran plug.Kurva E dari aliran yang tidak ideal digambarkan sebagai berikut.

Gambar 2.10 Kurva Non-ideal flow

2.8 Metoda Injeksi Pelacak (Tracer)

Ada beberapa metoda injeksi pelacak untuk membuat kurva RTD yaitu sebagai berikut.

1. Pulse Input

Dalam waktu yang sangat singkat, banyak pelacak ditambahkan secara tiba- tiba ke aliran masuk reaktor. Kurva konsentrasi C fungsi waktu dibuat dengan menghitung konsentrasi pelacak pada aliran keluar. Kurva C adalah kurva konsentrasi fungsi waktu. Kurva C kemudian diubah menjadi kurva distribusi waktu tinggal, atau RTD.

2. Step Input

Penambahan konsentrasi pelacak terus meningkat pada aliran masuk reaktor dan diukur pada aliran masuk dan aliran keluar sampai konsentrasi keluar sama dengan konsentrasi masuk. Kurva E adalah kurva normalisasi konsentrasi fungsi waktu C.

• Co(t) = 0, t < 0

• Co(t) = konstan, t ≥ 0

(21)

13

3. Sinusoidal Input

Dalam bentuk yang mengikuti pola sinosoidal, sejumlah pelacak diinjeksikan secara tiba-tiba pada suatu titik aliran masuk reaktor.

Pelaksanaan reaktor riil ini agak sulit..

4. Any Input

Dalam waktu yang relatif singkat, sejumlah pelacak dimasukkan secara tidak sengaja ke dalam aliran masuk reaktor, tetapi mereka tidak bertindak seperti pulse input. Untuk mencapai tujuan ini, kurva di bagian masuk dan keluar reaktor harus diukur. Kurva RTD diperoleh dengan menggunakan integral konvolusi antara kurva masuk dan keluar. Jenis injeksi ini adalah yang paling teliti, tetapi memerlukan pertimbangan yang cukup panjang.

(Mahfud., 2014)

(22)

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Diagram Alir

Dalam percobaan ini terdapat empat tahap percobaan, diantaranya yaitu : 3.1.1 Proses Menyiapkan Alat

Berikut ini diagram alir dari proses persiapan alat

Gambar 3.1 Diagram Alir Persiapan Alat 3.1.2 Proses Penentuan Kecepatan Aliran

Berikut ini diagram alir dari proses penetuan kecepatan aliran silo dan hopper

Memasang amplas pada silo untuk variasi dinding kasar

Memasang silo pada tiang penyangga lalu dieratkan

Memasang corong hopper dengan sudut hopper 45^o

Menimbang massa sampel sebanyak 600 gram

Menutup outlet hopper

Memasukan sampel berupa pasir silika ke dalam silo dan hopper

(23)

15

Gambar 3.2 Diagram Alir Proses Penentuan Kecepatan Aliran 3.1.3 Proses Penentuan Segregasi Ukuran dengan Penjejak (tracer)

Berikut ini diagram alir dari proses penetuan segregasi ukuran dengan penjejak (tracer) :

Menyiapkan kontainer

Mengisi kontainer dengan mengalirkan sampel selama 5 detik, kemudian mengulanginya dengan kontainer yang berbeda hingga sampel habis

Menimbang massa yang didapatkan disetiap kontainer

Menimbang massa sampel sebanyak 600 gram

Menimbang tracer sebanyak 100 gram

Menutup outlet hopper

Memasukkan sampel ke dalam silo dan hopper pada bagian bawah

Memasukkan tracer ke dalam silo dan hopper pada bagian tengah

(24)

16

Gambar 3.3 Diagram Alir Proses Penentuan Segregasi Ukuran dengan Penjejak (tracer)

3.1.4 Proses Pengkondisian Akhir

Berikut ini diagram alir dari proses pengkondisian akhir praktikum ini

Gambar 3.4 Diagram Alir Proses Pengkondisian Akhir Memasukkan sampel ke dalam silo dan hopper pada bagian atas

Menyiapkan kontainer

Mengisi kontainer dengan mengalirkan sampel selama 5 detik, kemudian mengulanginya dengan kontainer yang berbeda hingga sampel habis

Memisahkan sampel dan tracer didalam kontainer dengan menggunakan ayakan 30 mesh

Menimbang massa sampel yang telah diayak

Mengayak bahan yang sudah digunakan

Menuangkan bahan pada tempat semula

Mengembalikan bahan pada tempat semula

Merapihkan kontainer yang telah digunakan

(25)

17

3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat

Berikut adalah alat-alat yang digunakan dalam praktikum Non Ideal Flow kali ini :

a) Ayakan 30 mesh b) Amplas

c) Kontainer

d) Rangkaian Alat Hopper e) Stopwatch

f) Neraca Analitik g) Wadah

3.2.2 Bahan

Bahan yang digunakan dalam praktikum Non Ideal Flow ini adalah pasir silika dan bahan penjejak (tracer).

3.3 Prosedur Percobaan

Pada percobaan ini, melakukan empat tahapan proses yakni persiapan alat, penentuan kecepatan aliran, penentuan segregasi ukuran dengan penjejak dan pengkondisian akhir. Pada tahap persiapan alat, memasang amplas pada silo sesuai variasi dinding yang diberikan. Selanjutnya memasang silo pada tiang dan memasang corong hopper pada silo dengan kemiringan hopper 45^o.

Tahap selanjutnya yaitu proses penentuan kecepatan aliran dalam silo dan hopper. Pertama, menimbang massa sampel sebanyak 600 gram lalu menutup outlet hopper. Selanjutnya memasukan sampel berupa pasir silika ke dalam silo dan hopper. Dilanjutkan menyiapkan kontainer dan mengisinya dengan mengalirkan sampel yang berasal dari silo dan hopper selama 5 detik, kemudian mengulangi hal tersebut dengan kontainer yang berbeda hingga sampel yang berada di silo dan hopper habis lalu menimbang massa sampel yang diperoleh pada tiap kontainer.

Tahap selanjutnya yaitu penentuan segregasi ukuran sampel dengan penjejak (tracer). Pertama, menimbang massa sampel yang sesuai variasi yang diberikan.

Selanjutnya menimbang tracer yang akan digunakan lalu menutup outlet hopper.

Sampel dimasukkan ke dalam silo dan hopper pada bagian bawah, tracer pada

(26)

18

bagian tengah, dan sampel pada bagian atas. Dilanjutkan dengan menyiapkan kontainer dan mengisinya dengan mengalirkan sampel yang berasal dari silo dan hopper selama 5 detik, kemudian mengulangi hal tersebut dengan kontainer yang berbeda hingga sampel yang berada di silo dan hopper habis. Sampel dipisahkan dari tracer menggunakan ayakan dan menimbang sampel yang telah diayak.

Selanjutnya ialah tahap pengkondisian akhir yakni dengan mengayak bahan yang sudah digunakan dan mengembalikannya pada tempatnya semula serta merapihkan kontainer yang telah digunakan.

3.4 Gambar Alat

Berikut ini adalah gambar rangkaian alat yang digunakan dalam praktikum Non Ideal Flow kali ini

Gambar 3.5 Rangkaian Alat Non Ideal Flow 3.5 Variabel Percobaan

Pada praktikum ini, terdapat tiga jenis variabel yang bisa ditemukan yaitu variabel tetap, variabel bebas, dan variabel terikat. Variabel tetapnya berupa jenis bahan untuk sampel dan tracer, massa sampel, ukuran sampel, dan sudut hopper yang digunakan. Variabel bebasnya berupa kondisi kekasaran dinding silo. Variabel terikatnya berupa laju aliran sampel dan dan kurva RTD.

(27)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Ada dua kategori aliran yaitu aliran ideal dan aliran non ideal. Dua jenis aliran ideal yang paling umum adalah aliran plug dan aliran campuran. Menurut, Kusnarjo, dkk., 2009., untuk aliran non ideal sendiri biasanya pola alirannya mengikuti pola aliran plug dan aliran campuran. Satu parameter penting dan harus diperhatikan dari non ideal flow yaitu rata-rata dari residence time. Distribusi waktu tinggal dari elemen-elemen fluida dinyatakan dengan kurva Distribusi Waktu Tinggal (RTD). Hasil pengukuran konsentrasi tracer keluar reaktor melalui pulse injection diperoleh kurva RTD (Hafidz, A. M & Btari, E. S.,2018)

Dalam dunia industri, perancangan reaktor, alat penukar panas, dan semua alat kontak fase dipengaruhi oleh faktor-faktor desain juga berbagai macam pola aliran dan sering terjadi deviasi yang dapat menyebabkan aliran non ideal.

Seberapa idealnya aliran tersebut sangat penting untuk diketahui karena digunakan untuk mempertimbangkan ekonomi dan teknik serta dapat mempengaruhi konversi dari produk keluarannya. Banyak aplikasi dari non ideal flow yang sangat bermanfaat dalam industri, terutama dalam meminimalisir masalah-masalah yang terjadi dalam alat proses sehingga aliran mendekati ideal, oleh karena itu mempelajari non ideal ini sangat penting.

Terdapat beberapa faktor yang menyebabkan aliran menjadi tidak ideal yaitu ada distribusi waktu tinggal (RTD), dimana distribusi waktu tinggal (RTD) pada hopper ini memiliki implikasi yang penting untuk memprediksi waktu ejeksi dan mengetahui kualitas suatu pencampuran. Untuk menghitung RTD ini bisa menggunakan metode stimulus dan response, yang dilakukan dengan menginjeksikan bahan inert yang dikenal sebagai pelacak ke dalam reaktor pada waktu tertentu t = 0, dan kemudian menghitung konsentrasi pelacak C, pada aliran keluar sebagai fungsi waktu. Selain itu juga ada keadaan campuran, pencampuran awal dan akhir, dimana komponen materialnya dapat bercampur menjadi satu

(28)

20

sama lain. Faktor lainnya yang dapat mempengaruhi aliran non ideal ini yaitu kekasaran dinding, sudut hopper, dan ukuran partikelnya.

Pada percobaan kali ini variasi yang digunakan yaitu variasi kekasaran dinding yang tanpa ampelas, dinding dengan ampelas no. 1, dan dinding dengan ampelas no. 2, dengan massa bahan percobaan sebesar 600 gram serta sudut hopper 30^ountuk masing-masing dinding.

4.1 Pengaruh Kekasaran Dinding terhadap Laju Alir Silo Hopper

Gambar 4.1 Grafik Pengaruh Kekasaran Dinding terhadap Laju Alir Silo Hopper

Berdasarkan Gambar 4.1, data yang diperoleh dari percobaan fluktuatif, namun terlihat bahwa untuk variasi dinding halus, laju alir massa yang ditunjukkan lebih kecil dibandingkan dengan variasi dinding kasar. Hal ini sesuai dengan percobaan yang dilakukan oleh Babout, dkk., (2018) dalam percobaannya menjelaskan bahwa kekasaran dinding tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap laju aliran secara keseluruhan pada proses pengosongan silo.

Kekasaran dinding mungkin tidak berdampak signifikan terhadap laju aliran, namun hal ini dapat mempengaruhi pembentukan zona stagnan dan geometri zona aliran.

Pada Gambar 4.1, terlihat bahwa saat waktu antara 15 – 20 detik nilai laju alir yang tadinya turun tiba-tiba naik kembali di variasi tanpa amplas. Hal ini

(29)

21

menandakan adanya suatu faktor penyebab naik turunnya nilai laju alir di sekitar waktu tersebut. Peningkatan laju alir tersebut untuk variasi tanpa amplas, dapat disebabkan karena terjadinya channeling pada rentang waktu tersebut, sehingga sebagian partikel tinggal lebih singkat daripada yang lain dan menyebabkan terjadinya peningkatan laju laju aliran. Pada variasi dinding kasar, peningkatan laju aliran terjadi pada rentang waktu 20-30 detik, hal ini dapat terjadi karena partikel sudah sampai pada permukaan hopper dimana kekasaran permukaan hopper berbeda dengan kekasaran dinding silo yang menyebabkan nilai laju alir kembali meningkat. Dari percobaan (Sheng Zhang, 2021), peningkatan kekasaran dinding dapat menyebabkan peningkatan ketebalan zona geser di dekat dinding untuk partikel dan juga dapat menyebabkan transisi mass flow – funnel flow. Hal ini lah yang bisa menyebabkan laju aliran meningkat kembali di waktu 25 detik.

(a) Mass Flow

(b) Funnel flow

Gambar 4.2 Fenomena Percobaan

(30)

22

Berdasarkan Gambar 4.2 fenomena yang terjadi selama percobaan yaitu terjadinya mass flow dan funnel flow. Mass flow terjadi pada rentang waktu 0-10 detik, dan mengacu pada pola aliran dimana semua partikel dalam silo bergerak selama pelepasan, partikel bergerak secara seragam dan terus-menerus, dan memastikan laju aliran yang konsisten di seluruh silo. Pola aliran ini meminimalisir risiko terjadinya ratholing, yang dapat menyebabkan pembuangan dan penyumbatan tidak merata (Jenike, 1967). Funnel flow terjadi pada rentang waktu 10-30 detik, dan mengacu pada pola aliran dimana hanya sebagian material di dekat dinding silo yang bergerak, sedangkan wilayah tengahnya tetap stagnan, material yang tergenang membentuk saluran aliran berbentuk corong, dan laju alirnya tidak merata, dengan material yang tergenang dibuang terakhir. Pola aliran ini dapat menyebabkan segregasi dan pengosongan silo yang tidak merata (Wiacek, 2021).

4.2 Pengaruh Kekasaran Dinding terhadap Nilai RTD

Berikut ini adalah grafik yang didapatkan selama percobaan yang menunjukkan pengaruh kekasaran dinding terhadap nilai RTD (Residence Time Distribution).

Gambar 4.2 Grafik Pengaruh Kekasaran Dinding terhadap Nilai RTD Dari gambar diatas, terlihat bahwa nilai RTD (E) tertinggi dicapai saat dinding silo menggunakan ampelas nomor 2 saat waktu 10 detik. Besar nilai E

(31)

23

menandakan bahwa waktu tinggal partikel dalam suatu alat proses. Ketika nilai E besar, maka waktu tinggal rata-rata partikel padat dalam hopper juga meningkat sehingga proses pengeluaran partikel lebih lambat (Wei Yang, 2023).

Dari gambar diatas juga terlihat bahwa nilai E tertinggi berdasarkan variasi kekasaran dinding silo, pada saat kekasaran dinding halus (tanpa amplas) memiliki titik puncak nilai E paling rendah dibanding saat menggunakan amplas nomor 1 (sedang) dan ampelas nomor 2 (kasar). Hal ini menunjukkan adanya pengaruh kekasaran dinding hopper terhadap nilai RTD (E). Dari percobaan (Beena Sukumaran, 2003), laju aliran dari silo akan menurun secara sitematis dengan meningkatnya kekasaran permukaan dinding. Artinya, semakin kasar permukaan dinding makan waktu tinggal partikel dalam hopper semakin lama yang menyebabkan nilai E semakin besar. Hal ini sesuai dengan percobaan ini di beberapa titik tertentu dimana nilai E pada dinding tanpa ampelas (halus) lebih kecil dari pada saat menggunakan ampelas nomor 1 dan 2. Pada waktu 20 detik ke atas, nilai E pada dinding tanpa ampelas meningkat lebih tinggi daripada saat menggunakan ampelas nomor 2 dan 1. Ketidak sesuaian ini bisa disebabkan karena pada waktu 25 detik partikel sudah sampai pada permukaan hopper dimana kekasaran permukaan hopper berbeda dengan kekasaran dinding silo yang menyebabkan nilai E kembali meningkat. Dari percobaan (Sheng Zhang, 2021), peningkatan kekasaran dinding dapat menyebabkan peningkatan ketebalan zona geser di dekat dinding untuk partikel dan juga dapat menyebabkan transisi mass flow – funnel flow. Hal ini lah yang bisa menyebabkan nilai E akan menaik kembali saat detik ke 25.

Tidak hanya itu, penyebab nilai E di menit 25 di kontainer ke-5 tepatnya di detik ke 25 saat dinding tanpa ampelas tracer paling banyak keluar dari hopper sedangkan saat menggunakan ampelas nomor 1 dan 2 tracer paling banyak keluar di detik ke-10 (kontainer ke-2) sehingga nilai E kedua variasi tersebut sangat tinggi di detik ke-15 karena terjadi segregasi akibat perbedaan ukuran partikel sampel dan tracer. Hal ini menyebabkan terjadi segregasi ukuran partikel dimana partikel yang lebih besar (tracer) atau lebih bulat cenderung terkumpul di bagian tengah atau bawah hopper sedangkan partikel yang lebih kecil (sampel) cenderung

(32)

24

terkumpul di bagian pinggir atau atas hopper yang mengakibatkan perbedaan distribusi waktu tinggal partikel di dalam hopper. Partikel yang terkumpul di bagian tengah atau bawah hopper akan memiliki distribusi waktu tinggal yang lebih sempit dan lebih simetris daripada partikel yang terkumpul di bagian pinggir atau atas hopper (Pudjiono, 1995). Maka dari itu, tracer yang digunakan sebagai penjejak aliran sampel bisa mempengaruhi pola aliran dengan perbedaan ukuran keduanya yakni dengan menyebabkan adanya fenomena segregasi. Ditambah dengan adanya variasi kekasaran dinding pada Gambar 4.2, terlihat jelas bentuk kurva tanpa ampelas dengan kurva saat menggunakan ampelas 1 dan 2 berbeda yang menandakan fenomena segregasi lebih jelas terjadi saat semakin kasar permukaan dinding.

Di Gambar 4.2, terlihat pada grafik yakni saat waktu antara 20 – 30 detik nilai RTD yang tadinya turun tiba-tiba naik kembali di semua variasi. Hal ini menandakan adanya suatu faktor penyebab naik turunnya nilai RTD di sekitar waktu itu. Karena dari Gambar 4.2 hal ini terjadi terjadi hampir di semua variasi, kemungkinan hal ini terjadi bukan karena variasi kekasaran dinding melainkan karena adanya faktor lain yang menyebabkan hal tersebut. Dari data yang didapatkan, hal itu bisa terjadi karena jumlah tracer yang keluar dari hopper pada waktu 15 detik mulai berkurang namun tiba-tiba meningkat kembali saat detik antara detik ke-20 sampai 30. Jadi, kemungkinan nilai RTD turun naik turun akibat pola aliran keluar tracer yang tidak seragam akibat terjadinya fenomena segregasi dalam aliran. (Pudjiono, 1995).

(33)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari percobaan ini, dapat ditarik beberapa kesimpulan yang menjawab tujuan percobaan ini sebagai berikut :

a. Pada percobaan ini kita menggunakan metode stimulus response dengan menambahkan bahan penjejak (tracer) berupa biji silika 14 mesh untuk membantu melihat waktu tinggal sampel dalam silo-hopper melalui nilai RTD (E) yang dihasilkan tiap 5 detik.

b. Salah satu faktor yang menyebabkan ketidak idealan aliran ialah kekasaran dinding yang dominan menyebabkan nilai RTD partikel dalam hopper cukup tinggi dan laju aliran melambat seiring meningkatnya kekasaran dinding. Selain itu, ukuran partikel juga menyebabkan ketidak idealan aliran partikel dalam silo-hopper yang menyebabkan fenomena segregasi antara partikel kecil dan besar dalam silo-hopper.

c. Nilai RTD (E) paling tinggi dicapai saat dinding silo menggunakan ampelas nomor 2 (kasar) tepatnya saat detik ke-10 yakni mencapai 0.088003511.

d. Silo-hopper yang ideal dirancang untuk menghasilkan aliran material yang seragam selama proses pengeluaran dengan material di bagian depan hopper bergerak sedikit lebih lambat daripada di bagian belakang hopper.

5.2 Saran

Berikut adalah saran-saran yang bisa kami berikan untuk praktikum selanjutnya, yaitu :

a. Praktikum selanjutnya bisa menggunakan sampel berupa fluida cair seperti air

b. Praktikum selanjutnya untuk bisa menggunakan jenis tracer yang lain seperti garam atau zat pewarna

(34)

DAFTAR PUSTAKA

A.Burghardt. Model Aliran Nonideal Pada Reaktor Kimia Homogen. Institut Teknik Kimia, Akademi Ilmu Pengetahuan Polandia, Polandia

Ade Ulwan, P., dkk. 2021. “Eksperimen Gaya Gesek Pada Bidang Miring Untuk Menguji Koefisien Gesek Statis Dan Kinetis”. Journal of Industrial Engineering Universitas PGRI Yogyakarta. Vol. 1, No.1.

Ambo, I., & Boni, J. 2023. “ANALISA PENGARUH KEKERASAN PERMUKAAN TERHADAP KAPASITAS ALIRAN VISKOSITAS DAN TINGGI ALIRAN DALAM PIPA”. Teknika: Jurnal Teknik. Vol. 9, No. 2, pp. 136-142.

Beena Sukumaran, A. K. (2003). Influence of inherent particle characteristics on hopper flow rate. Powder Technology, 46-50.

Babout, L. dkk. 2013. "Influence of wall roughness and packing density on stagnant zone formation during funnel flow discharge from a silo: An X-ray imaging study". Elsevier : Chemical Engineering Science. Vol. 97, pp. 210-224.

Hafidz, A. M., dan Btari, E. S. 2018. “ALIRAN NON-IDEAL”. Jurnal Integrasi Proses.

Jenike, A.W. 1967. “Quantitative design of mass-flow bins”. Elsevier : Powder Technology. Vol. 1, No. 4, pp. 237-244.

Joanna Wiacek, dkk. 2021. “Experimental analysis of wheat-wall friction and grain flow in a steel silo with corrugated walls”. ScienceDirect : Biosystems Engineering. Pp. 216-231.

Kusnarjo, dkk. 2009. Pengaruh Model Aliran Terhadap Recovery CO2 Pada Absorpsi Gas CO2 Oleh larutan K2CO3 Didalam Packed Column Dengan Kondisi Non-Isothermal. Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS, Surabaya

Mahfud. 2014. Aliran Non Ideal. Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS

Modul Operasi Teknik Kimia II. Teknik Kimia. Universitas Sultan Ageng Tirtayasa Mueth, D. M., Debregeas, G. F., Karczmar, G. S., Eng, P. J., Nagel, S. R., & Jaeger, H. M. (2000). “Signatures of granular microstructure in dense shear flows”.

Nature, Vol. 406, pp. 385-389.

Nugraha, Erwin. 2014. TRK2 – Aliran Non Ideal. Teknik Kimia ITS

(35)

Pudjiono, P. I. (1995). Pengaruh Konveksi Molekul Terhadap Distribusi Waktu Tinggal. JKTI, 24-28.

Ramadhani, Aida Nur. 2020. Solid Handling. Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknk, Universitas Sebelas Maret

Sheng Zhang, P. L. f. (2021). Flow induced surface crystallization of granular particles in cylindrical confnement. China: scientific reports.

Thompson, S. A., & Ross, I. J. (1983). “Compressibility and frictional coefficients of wheat”. Transactions of the ASAE, vol. 26, pp. 1171-1176.

Wei Yang, S. K. (2023). Assessing Residence Time Distributions and Hold up mass in continuous powder blending using Discrete Element Method. Chemical Engineering Research and Design, 10-19.

Widyanto, Susilo Adi, dkk. (2020). Penentuan Sudut Kemiringan Kritis Struktur Dinding Silo Berkapasitas Penyimpanan 4650 Ton. Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Semarang.

(36)

LAMPIRAN

(37)

A. CONTOH PERHITUNGAN Percobaan Laju Alir

Diketahui : kekasaran dinding halus ( tanpa ampelas) dt = 5 sekon

Kontainer 1

Massa = 96.74 gram Pada waktu = 5 s

Laju alir massa = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 (𝑔𝑟𝑎𝑚)

𝑑𝑡 (𝑠) =^{96.74 𝑔𝑟𝑎𝑚}

5 𝑠 = 19.348 ^{𝑔𝑟𝑎𝑚}

𝑠

Kontainer 2

𝑑𝑡 (𝑠) =^{71.34 𝑔𝑟𝑎𝑚}

5 𝑠 = 14.268 ^{𝑔𝑟𝑎𝑚}

𝑠

Kontainer 3

𝑑𝑡 (𝑠) =^{88.16 𝑔𝑟𝑎𝑚}

5 𝑠 = 17.632 ^{𝑔𝑟𝑎𝑚}

𝑠 Kontainer 4

𝑑𝑡 (𝑠) =110.38 𝑔𝑟𝑎𝑚

5 𝑠 = 22.076 ^{𝑔𝑟𝑎𝑚}

𝑠 Kontainer 5

𝑑𝑡 (𝑠) =^{90.76 𝑔𝑟𝑎𝑚}

5 𝑠 = 18.152 ^{𝑔𝑟𝑎𝑚}

𝑠 Kontainer 6

Massa = 77.6 gram

(38)

Pada waktu = 30 s

𝑑𝑡 (𝑠) =^{77.6 𝑔𝑟𝑎𝑚}

5 𝑠 = 15.52 ^{𝑔𝑟𝑎𝑚}

𝑠

Kontainer 7

𝑑𝑡 (𝑠) =^{63.58 𝑔𝑟𝑎𝑚}

5 𝑠 = 12.716 ^{𝑔𝑟𝑎𝑚}

𝑠

Percobaan Segregasi Ukuran

Diketahui : Dinding kasar ( amplas no.2 ) Kontainer 1

msampel = 100.12 gram mtracer = 8.76 gram

mtotal = msampel + mtracer = 100.12 gram + 8.76 gram = 108.88 gram c(t) = ^𝑚^{𝑡𝑟𝑎𝑐𝑒𝑟}

(^{𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙}_𝑑𝑡 )= ^{8.76 grsm}

(108.88 𝑔𝑟𝑎𝑚

5 𝑠 ) = 0.402277737 𝑔𝑟_{𝑡𝑟𝑎𝑐𝑒𝑟}. 𝑠/𝑔𝑟_{𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙} h/3 = ⁽

𝑡𝑎𝑘ℎ𝑖𝑟−𝑡𝑎𝑤𝑎𝑙 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑘𝑜𝑛𝑡𝑎𝑖𝑛𝑒𝑟)

3 = ⁽

35 − 0 7 )

3 = 1.666666667

Simpson = 4 (pola koefisien simpson1/3 : 1 4 2 4 2 4 2 1) f(x) = c(t) x simpson = 0.402277737 x 4 = 1.827160494 Σf(x) = 12.40115725

Integral = Σf(x) x h/3 = 12.40115725 x 1.666666667 = 20.66859542 E = ^𝑐(𝑡)

𝑖𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑙= 0.402277737

20.66859542= 0.022100685

Kontainer 2

mtotal = msampel + mtracer = 71.5 gram + 41.24 gram = 112.74 gram

(39)

c(t) = ^𝑚^{𝑡𝑟𝑎𝑐𝑒𝑟}

(^{𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙}_𝑑𝑡 )= 41.24 grsm (112.74 𝑔𝑟𝑎𝑚

3 = ⁽

35 − 0 7 )

3 = 1.666666667

𝑖𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑙= 1.82898705

20.66859542= 0.088003511

Kontainer 3

mtotal = msampel + mtracer = 87.11 gram + 21.3 gram = 108.41 gram c(t) = ^𝑚^{𝑡𝑟𝑎𝑐𝑒𝑟}

(^{𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙}_𝑑𝑡 )= 21.3 grsm (108.41 𝑔𝑟𝑎𝑚

3 = ⁽

35 − 0 7 )

3 = 1.666666667

𝑖𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑙= 0.982381699

20.66859542 = 0.047268262

(40)

B. TUGAS KHUSUS

Mekanisme Pengaruh Kekasaran Dinding terhadap Gaya Gesek dan Laju Alir Menurut, Hafidz, A. M. & Sean, B. E. (2018), Salah satu faktor yang mempengaruhi laju alir partikel terhadap waktu adalah kekasaran dinding. Pada permukaan dinding silo yang halus, gaya gesek nilainya sangat kecil sehingga dapat dianggap tidak ada atau diabaikan.

Begitu juga sebaliknya, pada permukaan dinding silo yang kasar terdapat gaya gesek yang nilainya cukup besar. Gaya gesek yang tinggi akan menurunkan energi kinetik (kecepatan) partikel untuk turun/jatuh. Semakin kecil gaya gesek yang dialami oleh partikel tentunya akan semakin memudahkan partikel untuk turun, sehingga semakin halus permukaan dinding silo maka laju alir partikel akan semakin besar dan waktu yang dibutuhkan akan semakin cepat.

Menurut Ambo, I., dan Boni, J. (2023) kekasaran permukaan sangat berpengaruh terhadap rugi head (hf) yang terjadi pada aliran fluida, karena semakin kasar permukaan maka nilai kapasitas aliran (Q) semakin menurun dan nilai tekanan (P) (pressure drop) akan semakin meningkat. Kekasaran suatu permukaan akan menyebabkan kontak sentuh fluida dengan permukaan lebih lama karena kekasaran akan mengganggu laju aliran pada daerah keluar aliran fluida terbukti dengan menurunnya kapasitas aliran (Q). Kekasaran suatu permukaan akan menyebabkan harga koefisien gesek menjadi besar. Hal ini dikarenakan adanya tonjolan- tonjolan pada permukaan yang menyebabkan terjadinya gerak ketidakteraturan aliran fluida pada lapisan batas sehingga kapasitas aliran (Q) menurun yang berarti bahwa rugi head semakin tinggi.

Menurut Ade Ulwan P, dkk., (2021), gaya gesek merupakan gaya yang melawan gerak suatu benda pada suatu permukaan relatif satu sama lain, dan gaya ini bersinggungan dengan permukaan. Ketika tidak ada gerakan yang terjadi, gaya gesek dapat memiliki nilai dari nol hingga gaya gesek maksimum. Gaya gesek kinetis atau dinamis terjadi ketika dua benda bergerak relatif satu sama lain dan saling bergesekan. Koefisien gesek kinetis umumnya dinotasikan dengan 𝝁𝒌 dan pada umumnya selalu lebih kecil dari gaya gesek statis untuk material yang sama. Ada faktor yang mempengaruhi gaya gesek, yaitu koefisien gesekan (𝝁) dan gaya normal (N) atau

Koefisien gesekan adalah tingkat kekasaran permukaan yang bergesekan. Makin kasar kontak bidang permukaan yang bergesekan makin besar gesekan yang ditimbulkan. Jika bidang kasar sekali , maka 𝝁 = 1 dan jika bidang halus sekali , maka 𝝁 = 0.

Menurut Joanna Wiacek, dkk. (2021), semakin kasar permukaan dinding, semakin besar gaya gesekan antara partikel dan dinding. Hal ini mengakibatkan peningkatan hambatan aliran dan penurunan laju aliran granular. Semakin besar gaya gesek antara partikel, semakin besar pengaruhnya terhadap laju alir bahan granular. Gaya gesek antar partikel dapat menghambat aliran dan menyebabkan peningkatan ketebalan zona pergeseran dalam aliran granular. Faktor yang mempengaruhi gaya gesek antara partikel dalam bahan granular, antara lain:

1. Karakteristik partikel: Faktor-faktor seperti ukuran, bentuk, dan tekstur partikel dapat mempengaruhi gaya gesek antar partikel. Partikel dengan permukaan yang kasar atau

(41)

berpori cenderung memiliki gaya gesek yang lebih besar daripada partikel yang halus dan halus.

2. Kelembapan: Tingkat kelembaban bahan granular juga dapat mempengaruhi gaya gesek. Peningkatan kelembaban dapat mengurangi gaya gesekan antara partikel karena adanya lapisan udara yang melumasi permukaan partikel, sehingga mengurangi terjadinya antar partikel.

3. Tekanan: Tekanan yang diberikan pada bahan granular juga dapat mempengaruhi gaya gesekan. Peningkatan tekanan dapat meningkatkan gaya gesek antara partikel karena partikel lebih terjepit satu sama lain, sehingga meningkatkan infeksi antar partikel.

4. Komposisi dan sifat material: Komposisi dan sifat material granular juga dapat mempengaruhi gaya gesek. Misalnya, aditif atau bahan tambahan tertentu dapat mengubah sifat permukaan partikel dan mempengaruhi gaya gesek antar partikel.

(42)

C. DATA PENDUKUNG Percobaan Laju Alir

Waktu, t Massa, m Selang Waktu, dt Laju Alir Massa, ṁ

(sekon) (gram) (sekon) (gram/sekon)

0 0 0 0 #DIV/0! mass flow

1 5 96.74 5 19.348 mass flow

2 10 71.34 5 14.268 mass flow

3 15 88.16 5 17.632 mass flow

4 20 110.38 5 22.076 mass flow

5 25 90.76 5 18.152 funnel flow

6 30 77.6 5 15.52 funnel flow

7 35 63.58 5 12.716 funnel flow

TANPA AMPELAS

No. Fenomena

Waktu, t Massa Selang Waktu, dt Laju Alir Massa, ṁ

1 5 100.7 5 20.14 mass flow

2 10 101.79 5 20.358 mass flow

3 15 93.94 5 18.788 funnel flow

4 20 82.86 5 16.572 funnel flow

5 25 103.06 5 20.612 funnel flow

6 30 105.14 5 21.028 funnel flow

7 35 11.35 5 2.27 funnel flow

AMPELAS NO.1

Waktu, t Massa Selang Waktu, dt Laju Alir Massa, ṁ

1 5 101.99 5 20.398 mass flow

2 10 89.64 5 17.928 mass flow

3 15 90.5 5 18.1 mass flow

4 20 87.38 5 17.476 funnel flow

5 25 106.9 5 21.38 funnel flow

6 30 98.54 5 19.708 funnel flow

7 35 24.06 5 4.812 funnel flow

AMPELAS NO.2

(43)

Percobaan Segregasi Ukuran dengan Penjejak (tracer)

Waktu, t dt mSampel mTracer mTotal c(t) E

(sekon) (sekon) (gram) (gram) (gram/sekon) (grTracer.s/grsampel) (/s)

0 0 5 0 0 0 #DIV/0! 1 #DIV/0! #DIV/0! mass flow

1 5 5 95.68 9.62 105.3 0.456790123 4 1.82716 0.022101 funnel flow

2 10 5 82.95 37.3 120.25 1.550935551 2 3.101871 0.075038 Segregasi/funnel flow

6 30 5 90.28 17.25 107.53 0.802101739 2 1.604203 0.038808 funnel flow/segregasi

7 35 5 50.11 2.22 52.33 0.212115421 1 0.212115 0.010263 funnel flow

12.40116 20.6685954 f(x) Integral

1.66666667

No. h/3 Simpson Fenomena

AMPELAS NO. 1

Waktu, t dt mSampel mTracer mTotal c(t) E

(sekon) (sekon) (gram) (gram) (gram/sekon) (grTracer.s/grsampel) (/s)

1 5 5 79.93 14.16 94.09 0.752471038 4 3.009884 0.028993 mass flow

2 10 5 95.51 13.04 108.55 0.600644864 2 1.20129 0.023143 mass flow

3 15 5 95.58 6.95 102.53 0.338925193 4 1.355701 0.013059 mass flow

4 20 5 80.17 8.63 88.8 0.485923423 2 0.971847 0.018723 funnel flow

5 25 5 78.23 32.92 111.15 1.480881691 4 5.923527 0.057059 funnel flow

6 30 5 73.51 29.25 102.76 1.423219151 2 2.846438 0.054838 funnel flow

7 35 5 86.53 4.81 91.34 0.263301949 1 0.263302 0.010145 funnel flow

15.57199 25.9533142

No. h/3 Simpson f(x) Integral

1.66666667

Fenomena TANPA AMPELAS

Waktu, t dt m_Sampel m_Tracer m_Total c(t) E

(sekon) (sekon) (gram) (gram) (gram) (grTracer.s/grsampel) (/s)

1 5 5 100.12 8.76 108.88 0.402277737 4 1.609111 0.019356 mass flow

6 30 5 96.24 10.82 107.06 0.505324117 2 1.010648 0.024314 funnel flow

7 35 5 54.42 1.36 55.78 0.121907494 1 0.121907 0.005866 funnel flow

598.55 12.46987

1.66666667 20.7831145

No.

AMPELAS NO. 2

h/3 Simpson f(x) Integral Fenomena