BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Fluidisasi merupakan salah satu cara mengontakkan butiran-butiran

padat dengan fluida (gas atau cair). Ilustrasi fluidisasi ini dapat kita tinjau

dari suatu bejana dimana ditempatkan sebuah partikel padat berbentuk bola

melalui unggun, padatan ini kemudian dialirkan gas dengan arah aliran dari

bawah ke atas. Pada laju alir yang cukup rendah partikel akan diam, disebut

sebagai unggun diam atau fixed bed. Ketika laju alir dinaikkan, padatan

dalam unggun lama-kelamaan akan tersuspensi. Pada kondisi tersuspensi

inilah sifat unggun akan menyerupai sifat cairan yang memiliki viskositas

tinggi (memiliki kecenderungan mengalir dan mempunyai sifat hidrostatik,

keadaan demikian disebut fluidized bed).

I.2 Rumusan Masalah

Pada percobaan ini akan diselidiki mengenai pengaruh perubahan

kecepatan superficial fluida terhadap perubahan tekanan serta terhadap

perubahan tinggi unggun.

I.3 Tujuan Percobaan

1. Dapat merakit alat-alat percobaan fluidisasi.

2. Dapat menentukan dan mengukur parameter-parameter dalam peristiwa

fluidisasi yaitu densitas partikel, porositas, tinggi unggun fluida.

3. Dapat mengoperasikan alat percobaan fluidisasi.

4. Dapat menentukan kurva karakteristik fluidisasi dan hubungan antara

pressure drop dengan laju alir.

5. Dapat menjelaskan fenomena-fenomena yang terjadi selama operasi

fluidisasi berlangsung.

6. Mampu membuat laporan praktikum secara tertulis.

I.4 Manfaat Percobaan

1. Mahasiswa mampu merakit alat-alat percobaan fluidisasi.

2. Mahasiswa mampu menentukan dan mengukur parameter-parameter

dalam peristiwa fluidisasi yaitu densitas partikel, porositas, tinggi

unggun fluida.

3. Mahasiswa mampu mengoperasikan alat percobaan fluidisasi.

4. Mahasiswa mampu menentukan kurva karakteristik fluidisasi dan

hubungan antara pressure drop dengan laju alir.

5. Mahasiswa mampu menjelaskan fenomena-fenomena yang terjadi

selama operasi fluidisasi berlangsung.

6. Mahasiswa mampu membuat laporan praktikum secara tertulis.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Pengertian Fluidisasi

Fluidisasi dipakai untuk menerangkan atau menggambarkan salah

satu cara mengontakkan butiran-butiran padat dengan fluida (gas atau

cair). Sebagai ilustrasi dengan apa yang dinamakan fluidisasi ini, kita

tinjau suatu bejana dalam air di dalam mana ditempatkan sejumlah partikel

padat berbentuk bola, melalui unggun padatan ini kemudian dialirkan gas

dengan arah aliran dari bawah ke atas. Pada laju alir yang cukup rendah

partikel padat akan diam. Keadaan yang demikian disebut sebagai unggun

diam atau ”fixedbed”. Kalau laju alir gas dinaikkan, maka akan sampai

pada suatu keadaan dimana unggun padatan tadi tersuspensi di dalam

aliran gas yang melaluinya. Pada kondisi partikel yang mobil ini, sifat

unggun akan menyerupai sifat-sifat suatu cairan dengan viskositas tinggi,

misalnya ada kecenderungan untuk mengalir, mempunyai sifat hidrostatik.

Keadaan demikian disebut “fluidized bed”.

II.2 Kehilangan Tekanan (Pressure Drop)

Aspek utama yang akan ditinjau di dalam percobaan ini adalah untuk

mengetahui besarnya kehilangan tekanan di dalam unggun padatan yang

cukup penting karena selain erat sekali hubungannya dengan banyaknya

energi yang diperlukan, juga bisa memberikan indikasi tentang kelakuan

unggun selama operasi berlangsung. Korelasi-korelasi matematik yang

menggambarkan hubungan antara kehilangan tekanan dengan laju alir

fluida di dalam suatu sistem unggun diperoleh melalui metode-metode

yang bersifat semi empiris dengan menggunakan bilangan-bilangan tak

berdimensi.

Untuk aliran laminer dimana kehilangan energi terutama disebabkan

oleh “viscous loses”, Blake memberikan hubungan sebagai berikut :

......................................................................................... (1)

dP/L : Kehilangan tekanan per satuan panjang atau tinggi ukuran

gc : Faktor konversi

µ : Viskositas fluida

ε : Porositas unggun yang didefinisikan sebagai perbandingan

volume ruang kosong di dalam unggun dengan volume

unggunnya

V : Kecepatan alir superficial fluida

s : Luas permukaan spesifik partikel

Luas permukaan spesifik partikel (luas permukaan per satuan

volume unggun) dihitung berdasarkan korelasi berikut:

.................................................................................................. (2)

sehingga persamaan (1) menjadi :

..................................................................... (3)

atau:

......................................................................... (4)

Persamaan (4) ini kemudian diturunkan lagi oleh kozeny dengan

mengasumsikan bahwa unggun zat padat tersebut adalah ekuivalent

dengan satu kumpulan saluran-saluran lurus yang partikelnya mempunyai

luas permukaan dalam total dan volume total masing-masing sama dengan

luas permukaan luar partikel dan volume ruang kosongnya. Harga

konstanta „k‟ yang diperoleh beberapa peneliti sedikit berbeda misalnya:

Kozeny (1927) k‟= 150

Carman ( 1937) k‟= 180

US Bureau of Munes (1951) k‟= 200

Untuk aliran turbulen, persamaan (4) tidak bias dipergunakan lagi,

sehingga Ergun (1952) kemudian menurunkan rumus lain dimana

kehilangan tekanan digambarkan sebagai hubungan dari : “viscous losses”

dan “kinetic energy losses”.

..................................... (5)

dimana : k1 = 150

k2 = 1,75

Pada tekanan ekstrim, yaitu:

1. Aliran laminer (Re=20), sehingga term II bisa diabaikan

2. Aliran turbulen (Re=1000), sehingga term I bisa diabaikan

II.3 Unggun Terfluidakan (Fluidized Bed)

Untuk unggun terfluidakan, persamaan yang menggambarkan

pressure drop adalah persamaan Ergun yaitu:

.................................... (6)

Dimana εf adalah porositas unggun pada keadaan terfluidakan. Pada

keadaan ini dimana partikel-partikel zat padat seolah-olah terapung di

dalam fluida, akan terjadi kesetimbangan antaraberat partikel dengan gaya

berat dan gaya apung dari fluida di sekelilingnya.

Gaya berat oleh fluida yang naik = berat partikel – gaya apung atau:

[kehilangan tekanan pada unggun] [luas penampang] = [volume unggun]

[densitas zat padat - densitas fluida].

[ ][ ]

⁄ s ................................................. (7)

⁄ ...................................................................... (8)

II.4 Kecepatan Minimum Fluidisasi

Yang dimaksud kecepatan minimum fluidisasi (Umf), adalah

kecepatan superficial fluida minimum dimana fluida mulai terjadi. Harga

Um bisa diperoleh dengan mengkombinasikan persamaan (6) dengan

persamaan (8).

........ (9)

Untuk keadaan ekstrim, yaitu:

a. Aliran laminar (Re=20) kecepatan fluidisasi minimumnya adalah :

............................................................... (10)

b. Aliran turbulen (Re=1000) kecepatan fluidisasi minimumnya adalah :

................................................................ (11)

II.5 Karakteristik Unggun Tidak Terfluidakan

Karakter unggun terfluidakan biasanya dinyatakan dalam bentuk

grafik antara penurunan tekanan (ΔP) dan kecepatan superficial fluida (U).

Untuk keadaan yang ideal, kurva hubungan ini berbentuk seperti terlihat

dalam gambar 1:

Gambar 2.1.Kurva Karakteristik Fluidisasi Ideal

Keterangan:

Garis AB : menunjukkan kehilangan tekanan pada daerah unggun

diam

Log U

Log ΔP Kecepatan

Naik

Kecepatan Turun

B D

A E

Daerah Unggun

Diam

Daerah Unggun Terfluidakan

C

Garis BC : menunjukkan keadaan dimana unggun telah terfluidakan

Garis DE : menunjukkan kehilangan tekanan pada daerah unggun

diam pada waktu kita menurunkan kecepatan air fluida.

Harga penurunan tekanan untuk kecepatan aliran fluida

tertentu, sedikit lebih rendah daripada harga penurunan

tekanan pada saat awal operasi.

II.6 Fluidisasi Heterogen (Agregative Fluidization)

Apabila dalam fluidisasi partikel-partikel padatnya terpisahnya

secara sempurna tetapi berkelompok membentuk suatu agregat. Keadaan

yang seperti ini disebut sebagai fluidisasi heterogen (agregative

fluidization).

Tiga jenis fluidisasi yang biasa terjadi adalah karena timbulnya:

a. Penggelembungan (bubbling)

b. Penolakan (slugging)

c. Saluran-saluran fluida yang terpisah (channeling)

Gambar 2.2. Tiga Jenis Fluidisasi Heterogen

BAB III

METODE PERCOBAAN

III.1 Bahan dan Alat

A. Bahan

Partikel padat : resin

B. Alat

1. Kolom Fluidisasi

2. Kompresor

3. Flowmeter

4. Manometer Air Raksa (Hg)

5. Penggaris

6. Jangka Sorong

III.2 Variabel

a. Variabel Tetap

Jenis Partikel : Resin

Tinggi Unggun Awal :

b. Variabel Berubah

Laju Alir Fluida :

III.3 Gambar Alat Utama

Gambar 3.1 Rangkaian Alat Fluidisasi

Keterangan:

D = Distributor (grid)

U = unggun partikel padat

Kol = kolom fluidisasi

Uc = udara kompresor

R = flow meter

MU = manometer pipa U berisi air raksa (Hg)

V = valve

III.4 Respon

Pressure drop (ΔP) udara yang melewati kolom yang diukur tiap

laju alir yang berbeda.

III.5 Data yang Dibutuhkan

1. Perbedaan tinggi manometer air raksa (Hg)

2. Tinggi unggun

III.6 Prosedur Percobaan

1. Mengukur tinggi partikel awal dalam kolom.

2. Mengukur ΔP dan tinggi unggun dalam kolom yang berisi padatan

untuk laju alir fluida yang berbeda.

3. Laju alir fluida divariasikan menggunakan flowmeter mulai dari

kecepatan rendah sampai tidak terdapat lagi perbedaan tinggi pada

manometer air raksa. Setelah Δh pada manometer air raksa tiga kali

konstan, laju alir fluida diturunkan kembali perlahan-lahan sampai

unggun kembali diam.

DAFTAR PUSTAKA

Davidson, J. F. and Horrison, D. 1963. Fluidized Particles. Cambridge University

Press.

Kunii, D. Levenspiel, D. 1969. Fluidization Engineering. John Wiley and Sons

inc. New York.

Leva, M. 1959. Fluidization. Mc-Graw Hill Co. New York.

Lee, J. C. and Buckley, D. 1972. Fluid Mechanics and Aeration Characteristics of

Fluidized Bed.Cambridge University Press.

Masayuki Horio, Hiroshi Kiyota and Iwao Muchi. 1980. Particle Movement on a

Perforated Plate Distributor of Fluidized Bed. Journal of Chemical

Engineering of Japan volume 13,2.

Nurman, A. (2011). Studi Karakteristik Pembakaran Biomassa Tempurung

Kelapa pada Fluidized Bed Combustor Universitas Indonesia dengan

Partikel Bed Berukuran Mesh 40-50. Depok: Universitas Indonesia.

Rachmanto, T. A., & Laksmono, R. (2013). Pengembangan Persamaan Porosit As

Dan Ergun. Jurnal Teknik Kimia vol.7 No.2 , 36-42.

Ribeiro, A., Neto, P., & Pinho, C. (2010). Mean Porosity and Pressure Drop

Measurement in Packed Beds of Monosized Spheres: Side Wall

Effects. Internation Review of Chemical Engineering (I.RE.CH.E.)

Vol 2 No.1 , 40-46.

Wen, C. Y. and Chen, L. H. 1988. Fluidized Bed Freeboard Phenomena,

Entertainment and Elluration,A.J,Ch.E.