Upload
fitriapeez
View
810
Download
164
Embed Size (px)
DESCRIPTION
satuan operasi
Citation preview
LAPORAN TETAP
SATUAN OPERASI-1
“Aliran Melalui Unggun Diam dan Terfluidisasi Menggunakan Udara
sebagai Fluida”
Disusun oleh :
KELOMPOK : 3
NAMA : 1. M. Indra Ramansyah 0611 3040 1020
2. Nyayu Ainun 0611 3040 1021
3. Renny Yuni Pratiwi 0611 3040 1022
4. Riski Aryani 0611 3040 1023
5. Serly Putri Agustina 0611 3040 1024
6. Sopiah Dilianti Hardilah 0611 3040 1025
7. Wanda Wahyudi 0611 3040 1026
8. Woro Eristya Anjani 0611 3040 1027
Dosen Pembimbing : Ir. Mustain Zamhari, M.Si
JURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA
2012/2013
ALIRAN MELALUI UNGGUN DIAM DAN
TERFLUIDISASI
MENGGUNAKAN UDARA SEBAGAI FLUIDA
A. TUJUAN :
Menentukan penurunan tekanan (h) pada unggun diam dan terfluidisasi
Menbuktikan persamaan CARMAN- KONZENY
Mengamati kelakuan fluidisasi
B. ALAT DAN BAHAN YANG DIGUNAKAN :
1 Set peralatan Fluidisasi 1
Gelas Kimia 500 ml 1
Neraca Analitik 1
Jangka Sorong 1
Piknometer 1
Corong 1
Pasir 261 gram
C. GAMBAR ALAT (TERLAMPIR)
D. DASAR TEORI
Fluidisasi adalah metoda pengontakan butiran-butiran padatan dengan
fluida baik cair maupun gas. Metoda ini diharapkan butiran padatan memiliki sifat
seperti fluida dengan viskositas tinggi. Sebagai ilustrasi, tinjau suatu kolom berisi
sejumlah partikel padat berbentuk bola. Melalui unggun padatan ini kemudian
dialirkan gas dari bawah keatas. Pada laju alir yang cukup rendah, butiran padat
akan tetap diam, karena gas hanya mengalir melalui ruang antar partikel tanpa
menyebabkan perubahan susunan partikel tersebut. Keadaan yang demikian
disebut unggun diam atau fixed bed.
Kalau laju alir kemudian dinaikkan, akan sampai pada suatu keadaan di
mana unggun padatan akan tersuspensi di dalam aliran gas yang melaluinya. Pada
keadaan ini masing-masing butiran akan terpisahkan satu sama lain sehingga
dapat bergerak dengan lebih mudah. Pada kondisi butiran yang dapat bergerak ini,
sifat unggun akan menyerupai suatu cairan dengan viskositas tinggi, misalnya
adanya kecenderungan untuk mengalir, mempunyai sifat hidrostatik dan
sebagainya.
Pressure Drop
Aspek utama yang akan ditinjau dalam percobaan ini adalah mengetahui
besarnya pressure drop di dalam unggun padatan yang terfluidisasi. Hal ini
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. Penentuan besarnya hilang tekan di dalam
unggun terfluidisasikan.
Pressure Drop damal Unggun Diam
Korelasi matematik yang menggambarkan hubungan antara hilang tekan
dan dengan laju alir fluida dalam suatu sistem unggun diam diperoleh pertama
kali pada tahun 1922 yaitu dengan menggunakan bilangan-bilangan tak
berdimensi.
Perssure Drop pada Unggun Terfluidisasikan
Pada keadaan ini dimana partikel-partikel zat padat seolah-olah terapung
di dalam fluida sehingga terjadi kesetimbangan antara berat partikel dengan gaya
apung dari fluida disekeliling gaya seret oleh fluida yang naik = berat partikel –
gaya apung atau pressure drop pada unggun x luas penampang = volume unggun
x fraksi zat padat x densitas zat padat – densitas fluida
Kecepatan Minimum Fluidisasi
Yang dimaksud dengan kecepatan minimum fluidisasi (dengan notasi Vnf)
adalah kecepatan superficial fluida minimum dimana fluidisasi mulai terjadi.
Harganya didapat dengan mengkombinasikan persamaan ergun dengan neraca
massa terfluidisasikan.
Porositas Unggun
Porositas unggun menyatakan fraksi kosong didalam ruang unggun.
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.
2. 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.
3. 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.
4. Fenomena bubbling fluidization yang terjadi ketika gelembung-gelembung
pada unggun terbentuk akibat densitas dan distribusi partikel tidak
homogen.
5. Fenomena slugging fluidization yang terjadi ketika gelembung-gelembung
besar yang mencapai lebar dari diameter kolom terbentuk pada partikel-
partikel padat. Pada kondisis ini terjadi penorakan sehingga partikel-
partikel padat seperti terangkat.
6. Fenomena chanelling fluidization yang terjadi ketika dalam unggun
partikel padatan terbentuk saluran-saluran tabung vertical.
7. 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.
Fenomena-fenomena fluidisasi tersebut sangat dipengaruhi oleh factor-
faktor:
a. Laju alir fluida dan jenis fluida
b. Ukuran partikel dan bentuk partikel
c. Jenis dan densitas partikel serta factor interlock antar partikel
d. Porositas unggun
e. Distribusi aliran
f. Distribusi bentuk ukuran fluida
g. Diameter kolom
h. Tinggi unggun
Untuk menentukan penurunan tekanan (h) pada unggun diam (fixed) dapat
digunakan persamaan CARMAN-KONZENY sebagai berikut :
∆ PL
xDp
p (Vεm )2x
ε3
(1−ε )2=150
(1−ε )ℜ +1,75
Dimana :
Dp = ukuran partikel (mikron)
L = tinggi balotini dalam kolom (m)
μw = viskositas air ¿¿ )
Vw = viskositas kinematik air ¿¿ )
ρw = density air(kgm-3)
ρw = density partikel (kgm-3)
ε = porositas bed = massa partikel
(density partikel ) ( volbed )
Re = bilangan Reynold rata-rata yang dihitung berdasarkan kecepatan
superficial (dp . Vsm. ρw
μw¿ dan tak berdimensi.
Bila laju alir (Q diukur dalam L/s) dan Vsm (kecepatan superficial rata-
rata) dalam ρ/s, maka:
Vsm = Qx 10−3
A
Dimana:
A = luas penampang unggun
Karena penurunan tekanan diukur dalam mmH2O maka:
∆ Pρw . g
=h x 10−3 dimana g = 9,81 Nm-2
Maka persamaan dasar dari CARMAN-KONZENY akan menjadi :
h=[ 150L (1−ε )3(Vsm) μw
Dp2 . ε3. ρw2 . g+
1,75 L (Vsm )2(1−ε )Dp.ε3 . ρw .g ]103 mmH2O
penurunan tekanan pada fluidisasi dapat diperkirakan dengan
menggunakan persamaan
∆P = L (1-ε)(ρs-ρw) g
Sehinga didapat :
h= L
ρw(1−ε ) ( ρs− ρw ) x 103 mm H 2 O
nilai μw dan Vm di ukur dari data 1
E. LANGKAH KERJA
a) Mengisi kolom pengatur ukuran udara.
b) Menutup kran pengatur ukuran udara.
c) Memeriksa apakah pembacaan manometer udara pada posisi nol ()), bila
tidak atur hingga posisi tersebut.
d) Menjalankan pokpa udara dan mengatur aliran udara pada kenaikkan 1
L/min.
e) Mencatat unggun, pembacaan manometer dan jenis unggun.
f) Mentabulasikan pada tabel..
g) Menentukan densitas partikel dengan menimbang sejumlah volume pasir.
F. DATA PENGAMATAN
Laju Alir
(L/min)
Penurunan
Tekanan
(mmH2O)
Tinggi Unggun
(mm) Jenis Unggun
5 4 90 Terfluidisasi
10 6.8 95 Terfluidisasi
15 8.1 110 Terfluidisasi
20 8.3 130 Terfluidisasi
24 8.4 170 Terfluidisasi
G. PERHITUNGAN
Unggun Terfluidisasi
1. Laju alir 5 L/min
Volume bed = Πr2t
= 3.14 x (25x10-3m)2x (90x10-3m)
= 0.00018 m3
ε = massa partikel
ρ partikel xVol bed
= 0.261 kg
2770 kg/m3 x(1.8 x 10−4)m3
= 0.52
h = L
ρw(1−ε ) ( ρs− ρw ) x103 mmH2O
= (90 x 10−3)
1.2(1−0.52 ) (2770−1.2 ) x103 mmH2O
=99.68 x103 mmH2O
2. Laju alir 10 L/min
Volume bed = Πr2t
= 3.14 x (25x10-3m)2x (95x10-3m)
= 0.00019m3
ε = massa partikel
ρ partikel xVol bed
= 0.261 kg
2770 kg/m3 x(1.9 x 10−4)m3
= 0.50
h = L
ρw(1−ε ) ( ρs− ρw ) x103 mmH2O
= (95 x 10−3)
1.2(1−0.50 ) (2770−1.2 ) x103 mmH2O
= 109.60 x103 mmH2O
3. Laju alir 15 L/min
Volume bed = Πr2t
= 3.14 x (25x10-3m)2x (110 x10-3m)
= 0.00022m3
ε = massa partikel
ρ partikel xVol bed
= 0.261 kg
2770 kg/m3 x(2.2 x 10−4)m3
= 0.43
h = L
ρw(1−ε ) ( ρs− ρw ) x103 mmH2O
= (110 x 10−3)
1.2(1−0.43 ) (2770−1.2 ) x103 mmH2O
= 144.67 x103 mmH2O
4. Laju alir 20 L/min
Volume bed = Πr2t
= 3.14 x (25x10-3m)2x (130 x10-3m)
= 0.00026 m3
ε = massa partikel
ρ partikel xVol bed
= 0.261 kg
2770 kg/m3 x(2.6 x10−4)m3
= 0.36
h = L
ρw(1−ε ) ( ρs− ρw ) x103 mmH2O
= (130 x10−3)
1.2(1−0.36 ) (2770−1.2 ) x103 mmH2O
= 191.97 x103 mmH2O
5. Laju alir 25 L/min
Volume bed = Πr2t
= 3.14 x (25x10-3m)2x (170 x10-3m)
= 0.00033 m3
ε = massa partikel
ρ partikel xVol bed
= 0.261 kg
2770 kg/m3 x(3.3 x 10−4)m3
= 0.29
h = L
ρw(1−ε ) ( ρs− ρw ) x103 mmH2O
= (170 x10−3)
1.2(1−0.29 ) (2770−1.2 ) x103 mmH2O
= 278.50 x103 mmH2O
H. KURVA
Kurva Data Pengamatan Praktek
Laju alir (L/min)Penurunan
Tekanan Tinggi Unggun(mmH2O) (mm)
5 4 9010 6.8 9515 8.1 11020 8.3 13024 8.4 170
5 10 15 20 240
1
2
3
4
5
6
7
8
9
4
6.8
8.1 8.3 8.4f(x) = 1.03 x + 4.03R² = 0.767211455018803
Kurva Penurunan Tekanan terhadap Laju alir Udara
h (mmH2O)Linear (h (mmH2O))
Q (Laju Alir)
Penu
runa
n Te
kana
nm
mH2
O
Kurva Unggun Terfluidisasi Berdasarkan Perhitungan (Teori)
Laju alir (L/min) Penurunan Tekanan 103( mmH2O )
5 99.6810 109.615 144.6720 191.9724 278.5
0 5 10 15 20 25 300
50
100
150
200
250
300
99.68 109.6
144.67
191.97
278.5
f(x) = 9.04000866551127 x + 31.0918717504333R² = 0.883075777224793
Kurva Penurunan Tekanan Vs Laju Alir Udara
Penurunan TekananLinear (Penurunan Tekanan)Linear (Penurunan Tekanan)
Laju Alir Udara (l/min)
Penu
runa
n Te
kana
n10
3 m
mH2
O
I. ANALISA PERCOBAAN
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan mengenai “Aliran Melalui
Unggun Diam dan Terfluidisasikan Menggunakan Udara sebagai Fluida”, dapat
dianalisa bahwa pada praktikum ini kita menggunakan pasir sebanyak 261 gram
dan alat yang digunakan adalah satu set peralatan fluidisasi. Untuk mengetahui
berat jenis pasir (partikel padat yang digunakan) yaitu menggunakan piknometer.
Langkah pertama yang dilakukan pada praktikum ini adalah mengisi
kolom dengan pasir. Kemudian menutup kran pengatur. Setelah itu memeriksa
apakah pembacaan manometer udara pada posisi nol (0). Kemudian menjalankan
pompa udara dan mengatur laju aliran udara pada kenaikan 5 l/min
Pada saat pompa udara dinyalakan dan laju aliran udara telah disetting
maka butiran-butiran padatan akan mulai bergerak karena dialiri fluida (udara).
Semakin tinggi laju aliran udara yang diberikan terhadap butiran-butiran padatan
di dalam bed, maka pergerakan butiran-butiran padatan tersebut semakin cepat.
Kita dapat melihat kenaikan tinggi butiran padatan yang terangkat keatas akibat
laju aliran udara yang diberikan terhadap butiran-butiran padat semakin
meningkat, sehingga penurunan tekanan menjadi lebih besar. Apabila laju aliran
gas diperbesar terus maka besarnya penurunan tekanan gas sepanjang unggun juga
akan bertambah.
Ketika fluida udara mengalir dengan laju yang kecil pada kolom berisi
unggun padatan (pasir) maka tekanan gas akan berkurang sepanjang unggun
padatan dan sebaliknya.
Jenis unggun terbagi menjadi 2, yaitu unggun diam dan unggun
terfluidisasi. Unggun diam (fixed bed) dapat kita ketahui dari butiran padahat
terlihat tidak terlalu banyak bergerak atau cenderung tetap. Sedangkan jenis
unggun terfluidisasi “fluidized bed” dapat terlihat ketika butiran-butiran padatan
terangkat keatas karena laju aliran udara yang besar
J. KESIMPULAN
Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan dari percobaan “Aliran
Melalui Unggun Diam dan Terfluidisasikan Menggunakan Udara sebagai Fluida”,
dapat disimpulkan bahwa :
- Fluidisasi adalah peristiwa dimana unggun berisi butiran padat berkelakuan
seperti fluida karena di aliri udara.
- Semakin besar laju alir udara yang diberikan, maka akan semakin besar pula
penurunan tekanannya.
- Terjadinya fluidisasi diakibatkan adanya laju aliran yang besar
- Pada percobaan ini hanya terdapat satu jenis unggun yaitu unggun
terfluidisasi.
- Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, unggun yang terfluidisasi
sempurna, dimana pasirnya telah ikut terfluidisasi melayang-layang dalam
udara.
- Faktor-faktor yang mempengaruhi fluidisasi:
1. Ukuran Partikel
2. Densitas Partikel
3. Diameter Kolom
4. Struktur
DAFTAR PUSTAKA
Jobsheet.2012.Petunjuk Praktikum Satuan Operasi -1. Politeknik Negeri
Sriwijaya. Palembang
GAMBAR ALAT
Peralatan Fluidisasi