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