modul 213 fluidisasi
TRANSCRIPT
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
-1/29-
MODUL 2.13 Fluidisasi
I. Pendahuluan
Fluidisasi adalah metoda pengontakan butiran-butiran padat dengan fluida baik
cair maupun gas. Dengan metoda ini diharapkan butiran-butiran padat 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 ke atas. Pada laju alir yang cukup rendah, butiran padat akan tetap diam,
karena gas hanya mengalir dari bawah ke atas. 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. Keadaan fluidisasi unggun diam tersebut ditunjukkan pada
Gambar 1a.
1a 1b
Gambar 1 Skema unggun diam dan unggun terfluidakan
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. Sifat unggun terfluidisasi ini dapat dilihat
pada Gambar 1b.
Dalam dunia industri, fluidisasi diaplikasikan dalam banyak hal seperti
transportasi serbuk padatan (conveyor untuk solid), pencampuran padatan halus,
perpindahan panas (seperti pendinginan untuk bijih alumina panas), pelapisan plastik
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 2 dari 29
pada permukaan logam, proses drying dan sizing pada pembakaran, proses pertumbuhan
partikel dan kondensai bahan yang dapat mengalami sublimasi, adsorpsi (untuk
pengeringan udara dengan adsorben), dan masih banyak aplikasi lain.
Gambar 2 Sifat Cairan dalam Unggun terfluidisasi
Fenomena-fenomena yang dapat terjadi pada prose 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. Kondisi ini ditunjukkan pada Gambar 1a.
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. Kondisi ini ditunjukkan pada Gambar
1b.
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. Kondisi ini
ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3 Fenomena smooth or homogenously fluidization
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 3 dari 29
4. Fenomena bubbling fluidization yang terjadi ketika gelembung –gelembung pada
unggun terbentuk akibat densitas dan distribusi partikel tidak homogen. Kondisi ini
ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4 Fenomena bubbling fluidization
5. Fenomena slugging fluidization yang terjadi ketika gelembung-gelembung besar
yang mencapai lebar dari diameter kolom terbentuk pada partikel-partikel padat. Pada
kondisi ini terjadi penorakan sehingga partikel-partikel padat seperti terangkat.
Kondisi ini ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5 Fenomena slugging fluidization
6. Fenomena chanelling fluidization yang terjadi ketika dalam ungggun partikel
padatan terbentuk saluran-saluran seperti tabung vertikal. Kondisi ini ditunjukkan
pada Gambar 6.
Gambar 6 Fenomena chanelling fluidization
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. Kondisi ini ditunjukkan pada
Gambar 7.
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 4 dari 29
Gambar 7 Fenomena disperse fluidization
Fenomena-fenomena fluidisasi tersebut sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor:
1. laju alir fluida dan jenis fluida
2. ukuran partikel dan bentuk partikel
3. jenis dan densitas partikel serta faktor interlok antar partikel
4. porositas unggun
5. distribusi aliran,
6. distribusi bentuk ukuran fluida
7. diameter kolom
8. tinggi unggun.
Faktor-faktor di atas merupakan variabel-variabel dalam proses fluidisasi yang akan
menentukan karakteristik proses fluidisasi tersebut.
Pada praktikum fluidisasi ini fluida yang digunakan adalah udara tekan. Butiran
padat yang akan difluidisasikan juga dapat bervariasi seperti butiran batu bara, batu bata,
pasir, dan sebagainya. Ukuran partikel juga divariasikan dengan melakukan pengayakan
dengan mesh tertentu. Densitas partikel dapat juga divariasikan dengan menyampur
partikel, baik yang berbeda ukuran maupun berbeda jenis. Selain itu variasi juga dapat
dilakukan pada tinggi unggun. Dalam praktikum ini akan teramati fenomena-fenomena
fluidisasi. Selama fluidisasi berlangsung juga dapat diamati kecepatan minimum
fluidisasi secara visual. Dari hasil pengukuran tekanan dan laju alir fluida dibuat pula
Kurva Karakteristik Fluidisasi.
Karakteristik unggun terfluidakan digambarkan pada kurva karakteristik
fluidisasi yang merupakan plot antara log U dan log ∆P. Persamaan yang digunakan
adalah Persamaan Ergun dan Persamaan Wen Yu.
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 5 dari 29
II. Tujuan
Praktikum ini dilakukan dengan tujuan mempelajari hidrodinamika unggun
terfluidakan sistem padat-cair dan/atau padat-gas.
III. Sasaran
Berkaitan dengan tujuan tersebut, pada akhir praktikum diharapkan:
1. Praktikan mampu menentukan kecepatan minimum fluidisasi.
2. Praktikan mampu menentukan karakteristik unggun terfluidakan seperti penorakan/
slugging, penjaluran/channeling, dan sebagainya.
3. Praktikan mampu mengamati dan menentukan pengaruh variabel-variabel yang
menentukan hidrodinamika unggun terfluidakan, seperti ukuran partikel, densitas
partikel, dan sebagainya.
IV. Tinjauan Pustaka
Proses fluidisasi biasanya dilakukan dengan cara mengalirkan fluida gas atau cair
ke dalam kolom yang berisi unggun butiran-butiran padat. Pada laju alir yang kecil aliran
hanya menerobos unggun melalui celah-celah/ ruang kosong antar partikel, sedangkan
partikel-partikel padat tetap dalam keadaan diam. Kondisi ini dikenal sebagai fenomena
unggun diam. Saat kecepatan aliran fluida diperbesar sehingga mencapai kecepatan
minimum, yaitu kecepatan saat gaya seret fluida terhadap partikel-partikel padatan lebih
atau sama dengan gaya berat partikel-partikel padatan tersebut, partikel yang semula
diam akan mulai terekspansi, Keadaan ini disebut incipient fluidization atau fluidisasi
minimum. Jika kecepatan diperbesar, akan terjadi beberapa fenomena yang dapat diamati
secara visual dan pada kondisi inilah partikel-partikel padat memiliki sifat seperti fluida
dengan viskositas tinggi.
Karena sifat-sifat partikel padat yang menyerupai sifat fluida cair dengan
viskositas tinggi, metoda pengontakan fluidisasi memiliki beberapa keuntungan dan
kerugian. Keuntungan proses fluidisasi, antara lain:
1. sifat unggun yang menyerupai fluida memungkinkan adanya aliran zat padat secara
kontinu dan memudahkan pengontrolan
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 6 dari 29
2. kecepatan pencampuran yang tinggi membuat reaktor selalu berada dalam kondisi
isotermal sehingga memudahkan pengendaliannya.
3. sirkulasi butiran-butiran padat antara dua unggun fluidisasi memungkinkan
pemindahan jumlah panas yang besar dalam reaktor
4. perpindahan panas dan kecepatan perpindahan mass antara partikel cukup tinggi.
5. perpindahan panas antara unggun terfluidakan dengan media pemindah panas yang
baik memungkinkan pemakaian alat penukar panas yang memiliki luas permukaan
kecil.
Sebaliknya, kerugian proses fluidisasi antara lain:
1. selama operasi partikel-partikel padat mengalami pengikisan sehingga karakteristik
fluidisasi dapat berubah dari waktu ke waktu
2. butiran halus akan terbawa aliran sehingga mengakibatkan hilangnya sejumlah
tertentu padatan
3. adanya erosi terhadap bejana dan sistem pendingin
4. terjadinya gelombang dan penorakan di dalam unggun sering kali tidak dapat
dihindari sehingga kontak antara fluida dan partikel tidak seragam. Jika hal ini terjadi
pada reaktor, konversi reaksi akan kecil.
IV.2 Hilang Tekan (Pressure Drop)
Aspek utama yang akan ditinjau dalam percobaan ini adalah mengetahui
besarnya hilang tekan (pressure drop) di dalam unggun padatan yang terfluidakan. Hal
tersebut 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
terfluidakan terutama dihitung berdasarkan rumus-rumus yang diturunkan untuk unggun
diam, terutama oleh Balke, Kozeny, Carman, ataupun peneliti-peneliti lainnya.
IV.2.1 Hilang Tekan dalam Unggun Diam
Korelasi-korelasi matematik yang menggambarkan hubuangan antara hilang
tekan dengan laju alir fluida di dalam suatu sistem unggun diam diperoleh pertama kali
pada tahun 1922 oleh Blake melalui metoda-metoda yang bersifat semi empiris, yaitu
dengan menggunakan bilangan-bilangan tidak berdimensi. Untuk aliran laminer dengan
kehilangan energi terutama disebabkan oleh gaya viscous, Blake memberikan hubungan
seperti berikut:
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 7 dari 29
3
2
c εk.µ.g
L∆P S
= (1)
dimana: L∆P
= hilang tekan per satuan panjang/ tinggi unggun
gc = faktor gravitasi
µ = viskositas fluida
ε = porositas unggun yang didefinisikan sebagai perbandingan volume ruang kosong di
dalam unggun dengan volume unggun
u = kecepatan alir superfisial fluida
S = luas permukaan spesifik partikel
Luas permukaan spesifik partikel (luas permukaan per satuan volume unggun) dihitung
berdasarkan korelasi berikut:
pdε)6.(1S −
= (2)
sehingga persamaan tersebut menjadi:
( )32
p
2
c εd-1.36.k.g
L∆P εµ
= (3)
atau
32p
2
c εd)-1(k'.µg
L∆P ε
= (4)
dimana k adalah konstanta fludisasi dan k’=36k (lihat Tabel 1).
Persamaan ini kemudian diturunkan lagi oleh Kozeny (1927) dengan
mengasumsikan bahwa unggun zat padat tersebut adalah ekivalen dengan satu kumpulan
saluran-saluran lurus yang paralel yang mempunyai luas permukaan dalam total dan
volume dalam total masing-masing sama dengan luas permukaan luar partikel dan
volume ruang kosongnya.
Harga konstanta k’ diperoleh beberapa peneliti berbeda-beda seperti ditunjukkan pada
Tabel 1 berikut: Tabel 1 Konstanta Empirik Fluidisasi
k’ Peneliti
150 Kozeny (1927) 180 Carman (1937) 200 US Bureau of Mines (1951)
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 8 dari 29
Untuk aliran turbulen, persamaan tersebut tidak dapat digunakan lagi sehingga Ergun
menurunkan rumus yang lain (1952) dimana kehilangan tekanan digambarkan sebagai
gabungan dari viscous losses dan kinetic energy los.
(5)
dimana k1 = 150 dan k2 = 1,75
Pada keadaan ekstrem, yaitu bila:
a. aliran laminer (Re<20), kinetic energy losses dapat diabaikan, sehingga
(6)
b. aliran turbulen (Re>1000), viscous losses dapat diabaikan, sehingga:
23
pc u
ε .dε).ρ.g-(11,75.g
L∆P
= (7)
IV.2.2 Hilang Tekan pada Unggun Terfluidakan (Fluidized Bed)
Pada unggun terfluidakan, persamaan yang menggambarkan hubungan p/l dan u
yang biasanya digunakan adalah persamaan Ergun, yaitu:
23
fp
f3
f2
p
2f
c uε .d).ρ.ε-(11,75u
ε .d)ε-(1150g
L∆P
+= (8)
dimana εf adalah porositas unggun pada keadaan terfluidakan. Pada keadaan ini, dimana
partikel-partikel zat padat seolah-olah terapung di dalam fluida sehingga terjadi
kesetimbangan antara berat partikel dengan gaya seret dan gaya apung dari fluida di
sekelilingnya:
[gaya seret oleh fluida yang naik] = [berat partikel]-[gaya apung]
atau
[hilang tekan pada unggun] x [luas penampang] = [volume unggun] x [fraksi zat padat] x
[densitas zat padat – densitas fluida]
( )( )( )c
fpf ggρρε1A.L∆P.A −−= (9)
( )( )c
fpf ggρρε1
L∆P
−−=
(10)
lossesenergy kinetic losses viscous
uε .dε).ρg-(1ku
ε .dε)-(1kg
L∆P 2
3p
232p
2
1c +=
u ε .dε)-(1501g
L∆P
32p
2
c =
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 9 dari 29
IV.3 Kecepatan Minimum fluidisasi
Yang dimaksud dengan kecepatan minimum fluidisasi (dengan notasi Umf) adalah
kecepatan superfisial fluida minimum dimana fluidisasi mulai terjadi. harganya diperoleh
dengan mengombinasikan persaman Ergun dengan persamaan neraca massa pada unggun
terfluidakan, menjadi:
( )2
32
33
.75,1.)1(150µ
ρρµεµε
ρε gPdU
PdU
gd gsgpmf
gp
mfmf
mf
pmf −=+
− (11)
Untuk keadaan ekstrem, yaitu:
1. aliran laminer (Re<20), kecepatan fluidisasi minimumnya dalah:
( )mf
mfgspmf
gPPdU
εε
µ −
−=
1..
150
32
(12)
2. aliran turbulen (Re>1000), kecepatan fluidisasi minimumnya adalah
( ) 32 ..75,1 mf
g
gspmf P
gPPdU ε
−= (13)
Beberapa persamaan lain untuk menghitung harga Umf dapat dilihat di dalam pustaka.
IV.4 Karakteristik Unggun Terfluidakan
Karakteristik unggun terfluidakan biasanya dinyatakan dalam bentuk grafik
antara penurunan tekanan (∆P) dan kecepatan superfisial (u). Untuk keadaan yang ideal,
kurva hubungan ini berbentuk seperti Gambar 8.
Gambar 8 Kurva karakteristik fluidisasi ideal
Garis A-B dalam grafik menunjukkan hilang tekan pada daerah unggun diam (porositas
unggun = 0). Garis B-C menunjukkan keadaan dimana unggun telah terfluidakan. Garis
D-E menunjukkan hilang tekan dalam daerajh unggun diam pada waktu menurunkan
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 10 dari 29
kecepatan alir fluida. Harga penurunan tekanannya, untuk kecepatan aliran fluida
tertentu, sedikit lebih rendah dari pada harga penurunan tekanan pada saat awal operasi.
Penyimpangan dari keadaan ideal:
1. Interlock
Karakteristik fluidisasi seperti digambarkan pada kurva fluidisasi ideal hanya
terjadi pada kondisi yang betul-betul ideal dimana butiran zat padat dengan
mudah saling melepaskan pada saat terjadi kesetimbangan antara gaya seret
dengan berat partikel. Pada kenyataannya, keadaan di atas tidak selamanya bisa
terjadi karena adanya kecenderungan partikel-partikel untuk saling mengunci
satu dengan lainnya (interlock), sehingga akan terjadi kenaikan hilang tekan (∆P)
sesaat sebelum fluidisasi terjadi. Fenomena interlock ini dapat dilihat pada
Gambar 9, terjadi pada awal fluidisasi saat terjadi perubahan kondisi dari unggun
tetap menjadi unggun terfluidakan.
2. Fluidisasi heterogen (aggregative fluidization)
Jenis penyimpangan yang lain adalah kalau pada saat fluidisasi partikel-partikel
padat tidak terpisah-pisah secara sempurna tetapi berkelompok membentuk
suatu agregat. Keadaan yang seperti ini disebut sebagai fluidisasi heterogen atau
aggregative fluidization. Tiga jenis fluidisasi heterogen yang biasa terjadi adalah
karena timbulnya:
a. penggelembungan (bubbling), ditunjukkan pada Gambar 10a,
b. penorakan (slugging), ditunjukkan pada Gambar 10b,
c. saluran-saluran fluida yang terpisahkan (chanelling), ditunjukkan pada
Gambar 10c,
Umf
Gambar 9 Kurva karakteristik fluidisasi tidak ideal karena terjadi interlock
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 11 dari 29
Gambar 10 Tiga jenis agregative fluidization
Bentuk kurva karakteristik untuk unggun terfluidakan yang mengalami
penyimpangan dari keadaan ideal yang disebabakan oleh tiga jenis fenomena di atas
dapat dilihat dalam pustaka (1) dan (3).
IV.5 Evaluasi Parameter-Parameter dalam Peristiwa Fluidisasi
IV.5.1 Densitas Partikel
Penentuan densitas partikel untuk zat padat yang tidak menyerap air atau zat cair
lain bisa dilakukan dengan memakai piknometer. Sedangkan untuk partikel berpori, cara
di atas akan menimbulkan kesalahan yang cukup besar karena air atau cairan akan
memasuki pori-pori di dalam partikel, sehingga yang diukur bukan lagi densitas partikel
(berikut pori-porinya) seperti yang diperlukan di dalam persamaan-persamaan yang
ditulis di muka, tetapi densitas bahan padatnya (tidak termasuk pori-pori di dalamnya).
Untuk partikel-partikel yang demikian, ada cara lain yang biasa digunakan, yaitu dengan
memakai metoda yang diturunkan Ergun. Prosedur percobaannya bisa dilihat di dalam
pustaka 3 dalam Daftar Pustaka, di halaman 57 dan 58.
IV.5.2 Bentuk Partikel
Didalam persamaan-persamaan yang telah diturunkan sebelumnya partikel-
partikel padatnya dianggap sebagai butiran-butiran yang berbentuk bola dengan diameter
rata-rata dp. Untuk partikel-partikel yang mempunyai bentuk lain, harus diadakan suatu
koreksi yang menyatakan bentuk sebenarnya partikel yang ditinjau. Faktor koreksi ini
disebut sebagai faktor bentuk atau derajat kebolaan suatu partikel yang didefinisikan
sebagai:
sama volumepadapartikelpermukaan luas
bolapermukaan luasA
A ps ==Φ (14)
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 12 dari 29
Derajat kebolaan (θs) bisa dipakai langsung dalam persamaan-persamaan terdahulu
dengan mengganti dp menjadi θs.dp, sehingga persamaan Ergun dapat ditulis menjadi:
(15)
dimana θs = 1 untuk partikel berbentuk bola
θs < 1 untuk partikel berbentuk bola
IV.5.3 Diameter Partikel
Diameter partikel biasanya diukur berdasarkan analisa ayakan. Prosedur
penentuan dan perhitungan bisa dilihat dalam pustaka ke-1 (dalam Daftar Pustaka)
halaman 67 sampai 69 atau pustaka ke-3 (dalam Daftar Pustaka) halaman 61. Prosedur
perhitungannya dapat dilihat pada Bagian V.4 Rancangan Percobaan, Contoh Data dan
Langkah Perhitungan.
IV.5.4 Porositas Unggun
Porositas unggun menyatakan fraksi kosong di dalam unggun yang secara
matematik bisa ditulis sebagai berikut:
u
pu
VVV
ε−
=
dimana ε = porositas unggun
Vu = volume unggun
Vp = volume partikel
Harga porositas unggun ini sangat dipengaruhi oleh bentuk geometri butiran padat yang
membentuk unggun tersebut, atau dengan perkataan lain, porositas unggun merupakan
fungsi dari faktor bentuk atau derajat kebolaan partikel-partikelnya. Salah satu hasil
eksperimen yang menggambarkan pengaruh derajat kebolaan terhadap porositas unggun
diberikan oleh Brown dan diperlihatkan pada Gambar 11.
IV.6. Pendekatan dalam Percobaan
Pengukuran densitas partikel dilakukan menggunakan piknometer dengan valome
tertentu dengan tipol sebagai fluidanya. Tipol digunakan karena memiliki tegangan
permukaan dan viskositas tinggi sehingga cenderung tidak memasuki pori-pori partikel.
Dengan demikian asumsu partikel padatan berbentuk bola dapat digunakan.
( ) ( )2
ps3
fp
f
ps3
f2
p
2f
c u.dΦg
ε .d).ρ.ε-(11,75 .2
.dΦµu
ε .d)ε-(1150g
L∆P ρ
+=
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 13 dari 29
Kecepatan minimum fluidisasi dapat ditentukan secara grafis dan teoritis. Teknik
grafis dapat dilakukan apabila tersedia kurva karakteristik fluidisasi. (antara log u
terhadap log ∆P). Dengan menarik garis vertikal pada titik mulai konstannya log ∆P atau
titik yang menunjukkan adanya fenomena interlock dapat diperpikrakan Umf. Karena
fluktuasi nilai dibanding kurva fluidisasi ideal, perkiraan ini kurang akurat. Supaya Umf
perkiraan mendekati nilai sebenarnya, penarikan garis pada titik konstan ∆P dilakukan
saat kurva fluidisasi mengalurkan data kecepatan tinggi ke rendah. Diharapkan saat
kecepatan menurun fenomena interlock dapat dikurangi. Interlock menyebabkan partikel
menyatu (biasanya karena basah atau karena kelembaban udara) sehingga kecepatan
udara yang dibutuhkan untuk memfluidisasikan partikel tersebut juga bertambah besar.
Akibatnya umf yang teramati cenderung lebih tinggi daripada nilai sebenarnya.
u
Gambar 11 Hubungan antara derajat kebolaan partikel dengan porositas unggun
V. Rancangan Percobaan
V.1 Perangkat dan Alat Ukur
Peralatan yang dipakai selama percobaan terbagi dalam 2 kategori, yaitu:
A. Peralatan utama yang terdiri dari:
1. Satu set kolom fluidisasi sistem padat-gas, yang berupa dari kolom gelas
berdinding halus seperti pada Gambar 7. Didalam kolom ini unggun
padatan difluidisasikan
2. Sumber fluida bertekanan
3. Alat pengatur laju alir berupa kerangan jarum
4. Alat ukur laju alir fluida yang terdiri dari venturimeter, dry gas meter
5. Alat ukur perbedaan tekanan sepanjang kolom yang berupa manometer
pipa-U yang berisi air berwarna atau air raksa
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 14 dari 29
B. Peralatan pembantu yang terdiri atas:
1. Wet test meter untuk mengkalibrasi flowmeter di dalam rangkaian
peralatan utama
2. Piknometer untuk menentukan densitas partikel
3. Timbangan
4. Jangka sorong dan penggaris
5. Stopwatch
6. Gelas ukur
7. Ayakan Wet Test Meter
- Fungsi : kalibrasi venturimeter
- Prinsip kerja : untuk kalibrasi diukur luas penampang kolom (A) dan waktu (t)
yang dibutuhkan jarum untuk melakukan 1 putaran sesuai skala alat
- Persamaan : U = V / (A.t)
Dimana V adalah volumetrik satu putaran jarum skala, dan U adalah laju alir linear.
- Untuk kalibrasi venturimeterdibuat kurva ∆h (pembacaan venturimeter) terhadap U,
sehingga diperoleh persamaan kalibrasinya.
Venturimeter
- Fungsi : pengukuran laju alir partikel
- Prinsip kerja : laju alir fluida adalah ekivalen dengan beda tinggi fluida pada
kaki manometernya.
Manometer
- Fungsi : menghitung besar pressure drop
- Prinsip kerja : besar pressure drop ekivalen dengan beda tinggi fluida pada
kaki manometer.
Piknometer
- Fungsi : menghitung densitas
- Prinsip kerja : massa jenis/ densitas zat yang dicari (ρ) adalah
ρ = Mpikno berisi zat – Mpikno kosong/ Vpikno
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 15 dari 29
bila digunakan air sebagai satandar volume pikometer (Vpikno):
Vpikno = (Mpikno berisi air – Mpikno kosong) /ρair literatur , ρair = f(T)
V.2 Tata Laksana Percobaan
Pelaksanaan pekerjaan dapat dibagi dalam 2 tahap:
1. Tahap persiapan
Pada tahap persiapan ini dilakukan langkah-langkah sebagai berikut:
1. penentuan densitas butiran padatan dengan menggunakan metoda
Ergun atau dengan piknometer
2. Pengukuran dimensi kolom dengan memakai jangka sorong
3. Penentuan ukuran butiran padat dengan memakai analisa ayakan
4. Kalibrasi flowmeter dengan wet test meter
2. Pada tahap operasi dilakukan aktivitas-aktivitas berikut:
1. Kalibrasi kolom kosong, yaitu mengukur penurunan tekanan di dalam
grid yang terdapat di bagian dasar kolom untuk laju alir yang berbeda-
beda, penurunan tekanan ini dilihat dengan mengukur beda
permukaan cairan yang ada di dalam manometer pipa U.
2. Mengisi kolom dengan butiran-butiran padatan dalam jumlah tertentu
3. Mengukur penurunan tekanan (∆P) di dalam kolom yang berisi
padatan untuk laju alir yang berbeda-beda.
Laju alir fluida divariasikan mulai dari kecepatan rendah samapai pada suatu
keadaan dimana penorakan di dalam unggun sudah tampak menyolok. Dari titik ini
laju alir fluida kemudian diturunkan kembali perlahan-lahan sampai dicapai titik
terendah dimana operasi dimulai. Selama operasi berlangsung harus dilihat dan
dicatat segala fenomena yang terjadi di dalam unggun.
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 16 dari 29
Gambar 7 Skema alat praktikum Modul Fluidisasi
Keterangan instalasi peralatan pada Gambar 7:
D = distributor
KD = kerangan diafragma
KER =kerangan
KJ = kerangan jarum
KOL = kolom
M1 = manometer tabung Bourdon untuk mengukur tekanan gas keluar
M2 = manometer tabung Bourdon untuk mengukur tekanan dalam tangki
TGN = sumber fluida bertekanan
MU1 = manometer pipa U berisi air untuk mengukur tekanan gas antara tap 1 dan tap 2
MU2 = manometer pipa U berisi air untuk mengukur tekanan gas antara tap 1 terhadap udara luar
R = flowmeter
U = unggun butiran padat
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 17 dari 29
V.3. Diagram Kerja Praktikum Fluidisasi
V.3.1. Penentuan Densitas Padatan dengan Piknometer
Ambil Piknometer yang sudah dikalibrasi dan diketahui bervolume V, keringkan
Timbang massa piknometer kosong
Masukkan tipol sampai penuh
Timbang pikno + tipol
Hitung massa tipol Vpikno = V tipol
Hitung densitas tipol
Pikno yang sama, cuci, keringkan
Isi partikel padatan, sampai pikno kira-kira terisi ½-nya
Penuhi dengan tipol Timbang massa pikno+partikel
Timbang massa pikno+partikel+tipol
Hitung massa tipol
Hitung volume tipol
Hitung volume padatan
Hitung densitas padatan
Hitung massa padatan
V.3.2 Kalibrasi Venturimeter dengan Wet Test Meter
Teliti Vol. 1 putaran wet test meterV wet test meter = x L
Alirkan udara melalui venturimeter, perhatikan ? hv.
? hv = y m
Ukur dkolom, hitung L permukaan kolom
Hitung waktu udara mengaliri 1 put. wet test meter
t = z detik
Hitung laju alir linear (v)
Variasikan ? hv, ulangi percobaan
Buat kurva ? hv (sb X) vs v (sbY) Linearisasi
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 18 dari 29
V.3.3 Kalibrasi Kolom Kosong
Alirkan udara melalui venturimeter, perhatikan ? hv.
? hv = x m
Kolom Kosong
Grid dalam kolom kosong akan menunjukkan ketinggian tertentu
∆hm grid = y cm
Variasikan ? hv, ulangi percobaan
Buat kurva ? hv (sb X) vs ? hm grid (sbY)
V.3.4 Percobaan Utama
Isi kolom fluidisasi dengan partikel padatan sampai
ketinggian tertentu hpartikel = cm
Partikel padatan dpartikel = cm
ρpartikel = gr/cm3
Alirkan udara fluidisasi
Amati ∆hv = cm Amati ∆hm = cm
∆hm tersebut adalah ∆hm teramati
Hitung v (dari v = v (∆hv ))
Hitung ∆hm grid (dari ∆hm grid = f (∆hv ))
Hitung ∆hm unggun ( ∆hm unggun = ∆hm teramati – ∆hm grid)
Hitung ∆P (dari ∆P = ρ.g.h)
Ulangi percobaan, variasikan kecepatan dari kecil ke besar, lalu dari
besar ke kecil
Alurkan log ∆P terhadap log v
(Kurva Karakteristik Fluidisasi)
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 19 dari 29
V.4 Data Percobaan
Data yang diperlukan dalam percobaan fluidisasi ini adalah:
1. Variabel percobaan
Variabel percobaan adalah data yang sengaja divariasikan sehingga didapat
informasi yang diinginkan sesuai tujuan praktikum fluidisasi. Variabel
percobaan fluidisasi adalah densitas partikel, ukuran partikel, keseragaman
partikel, jenis partikel, tinggi unggun, laju alir fluida. Densitas dan
keseragaman partikel dapat divariasikan dengan mencampur partikel yang
berbeda ukuran maupun berbeda jenis. Ukuran partikel divariasikan dengan
melakukan pengayakan dengan nomor mesh tertentu.
2. Parameter percobaan
Parameter percobaan adalah data yang diambil dalam percobaan yang berubah-
ubah karena dilakukan variasi variabel. Parameter dalam praktikum fluidisasi
ini adalah pressure drop dan kecepatan minimum fluidisasi (Umf)
3. Data-data tambahan
Selain 2 data pokok di atas ada dat alain uang diperlukan dalam perhitungan
nilai variabel dan parameter dalam percobaan fluidisasi:
1. ukuran ayakan, diperlukan untuk menentukan diameter partikel
2. massa dan volume piknometer, diperlukan untuk menghitung densitas
partikel padatan
3. diameter kolom, diperlukan untuk kalibrasi venturimeter
4. tinggi unggun, diperlukan untuk menghitung Umf teoretik
5. data literatur massa jenis air pada temperatur pengukuran diperlukan untuk
menghitung volume piknometer
6. data literatur densitas dan viskositas fluida (udara) pada tekanan dan
temperatur praktikum untuk perhitungan Umf teoretik
7. volume wet test meter 1 putaran diperlukan untuk perhitungan kalibrasi
venturimeter.
Contoh lembar data untuk praktikum fluidisasi ini adalah sebagai berikut:
1. Diameter Mesh Ayakan
No. Mesh d (mm)
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 20 dari 29
2. Densitas Air pada Berbagai Temperatur (Literatur)
Temperatur (0C) ρ (g/mL)
Sumber
3. Densitas Udara pada Berbagai Temperatur (Literatur)
Temperatur (0C) ρ (g/mL)
Sumber
4. Viskositas Udara pada Berbagai Temperatur (Literatur)
Temperatur (0C) µ (cP)
Sumber
5. Diameter Partikel
RUN Jenis Partikel No. Mesh d (mm)
6. Perhitungan Denistas Partikel
Massa piknometer kosong = g
Massa piknometer + tipol = g
Massa tipol = g
Volume piknometer = volume tipol = mL
Densitas Tipol = g/mL
RUN Massa Piknometer + Partikel (g)
Massa Piknometer + Partikel + tipol (g)
Densitas Partikel (g/mL)
7. Kalibrasi Venturimeter
Diameter Kolom = cm
Vol. Wet Test Meter = mL
Luas Kolom = cm2
Data Kalibrasi Venturimeter
∆hv (cm) t (s) u (cm/s)
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 21 dari 29
8. Kalibrasi Kolom Kosong
∆hv (cm) ∆hm grid (cm)
8. Penentuan Kurva Karakteristik Fluidisasi
∆hv (cm)
∆hm total (cm)
∆hm grid (cm)
∆hm (cm) L (cm) Fenomena u
(cm/s) ∆P
(N/m2) log u log ∆P
V.5 Bahan/ Zat Kimia
1. Fluida cair dan gas sebagai media untuk membuat unggun terfluidisasi
2. Partikel-partikel padat sebagai unggun yang akan difluidisasi
3. Tipol untuk analisis densitas
V.6 Langkah Perhitungan
V.6.1 Perhitungan Diameter Partikel
Misal diperoleh data:
Perhitungan diameter partikel yang melewati mesh 10 tetapi tertahan di mesh 14
Diketahui: mesh 10, dp = 1.651 mm
mesh 14, dp = 1.168 mm
maka mm 1.40952
1.1681.651dp =+
=
V.6.2 Perhitungan Densitas Partikel
Misalkan data:
- massa piknometer + tipol = 21,871 g
- massa piknometer kosong = 11,596 g
Maka
massa tipol = 21,871 – 11,596 = 10,275 g
Volume tipol = 10 cm3
Densitas tipol = mLg
1010,275
tipolvolume tipolmassa
=
- massa piknometer + partikel = 15,263 g
- massa piknometer kosong = 11,596 g
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 22 dari 29
Maka
massa partikel = 15,263 – 11,596 = 3,667 g
- massa piknometer + partikel + tipol = 24,195 g
- massa piknometer + partikel = 15,263 g
Maka
massa tipol = 24,195 – 15,263 = 8,932 g
Volume tipol = mL 8,689 1,0288,932
tipoldensitas tipolmassa
==
Volume partikel = volume piknometer – volume tipol
= 10 mL – 8,689 mL = 1,311 mL
Densitas partikel = mLg2,806
1,3113,667
partikel volumepartikel massa
==
V.6.3.Kalibrasi Venturimeter
Misalkan data:
- Volume wet test meter = 10 L = 10000 cm2
- ∆hv = 1,8 cmHg
- Waktu yang diprelukan untuk 1 putaran venturimeter = 56 s
- Diameter kolom = 2,5 cm
- Luas kolom = 222 cm 4,9063.(2,5)4π.D
4π
==
- v = cm/s 36,397s 65.cm 4,9063
cm 10000 Luas.Waktu
Volume2
3
==
Dengan mengalurkan data v terhadap ∆hv didapat kurva kalibrasi dengan
persamaan garis linear yang menyatakan hubungan v sebagai fungsi ∆hv.
V.6.4 Kalibrasi Kolom Kosong
Tujuan kalibrasi kolom kosong adalah mendapatkan hubungan antara
∆hm grid terhadap ∆hv. Kurva kalibrasi ini didapatkan dengan mengalurkan data
∆hm grid terhadap ∆hv pada beberapa titik, sehingga didapatkan persamaan garis
linear yang menunjukkan ∆hm grid sebagai fungsi ∆hv.
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 23 dari 29
V.6.5 Penentuan Kurva Karakteristik Fluidisasi
Misalkan data:
- pasir dengan mesh -10+14
- ∆hv = 0,3 cmHg
- ∆hm = 3,3 cmH2O
Maka:
- dengan kalibrasi venturimeter (v = f (∆hv)) didapat v = 4,3779 cm/s
- dengan kalibrasi kolom kosong (∆hm grid = f (∆hv)) didapat ∆hm grid =
3,4655 cmH2O
- dihitung ∆hm unggun = ∆hm pengamatan - ∆hm grid
∆hm unggun = 3,3 – 2,4655 = 0,8345 cmH2O
- ∆P = ρp.g. ∆hm unggun = 2,806. 9,8. 0,8345 = 15131 Pa
Dengan mengalurkan log ∆P terhadap log v didapat kurva karakteristik fluidisasi.
V.6.6 Perhitungan Umf
A. Cara Visual
Umf ditentukan pada saat terjadi perubuhan fenomena fluidisasi dari
terfludisasi menjadi unggun diam. Karena itu harus diamati perubahan
fenomena fluidisasi saat kecepatan fluida diturunkan.
B. Cara Grafik
Umf ditentukan pada saat terjadi pembelokan pada arah menurun dari grafik/
kurva karakteristik fluidisasi yang telah dibuat berdasarkan hasil percobaan.
C. Secara Teoretis dengan Persamaan Ergun
Persamaan Ergun:
( )f
mffpp2mf ρ*1.75
)3(*g*ρρ*dU
ε−=
dimana:
dp = diameter partikel (cm)
ρp = densitas partikel (g/cm3)
ρf = densitas fluida (g/cm3)
g = konstanta gravitasi (cm/s2)
εmf = porositas kolom
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 24 dari 29
D. Secara Teoretis dengan Persamaan Wen Yu
( )f
fp2
pmf *1650
g*ρρ*dU
µ−
=
dimana:
dp = diameter partikel (cm)
ρp = densitas partikel (g/cm3)
ρf = densitas fluida (g/cm3)
g = konstanta gravitasi (cm/s2)
µf = viskositas fluida (cP)
Dari persamaan ini terlihat bahwa Wen Yu mendekati partikel sebagai bola,
derajat kebolaan 1.
V.7 Contoh Pengolahan Data
V.7.1 Kalibrasi Venturimeter
Misalkan diperoleh data kalibrasi venturimeter dengan wet test meter berikut:
∆hv (cm) t (s) u (cm/s) 1.1 41.71 12.38816626 1.6 37.28 13.86025791
2 32 16.14720046 2.5 29.7 17.39765706 3.3 29.26 17.65927597
4 29.09 17.76247559 4.9 28.44 18.16843934 5.7 27.7 18.65380559 6.3 26.99 19.14451333 6.8 26.09 19.80492199 8.3 25.2 20.50438154 9.3 24.85 20.79317565 10 24.26 21.29886294
10.9 23.77 21.73792237 11.9 23.57 21.92237653 31.1 23.04 22.42666731 14.2 22.38 23.08804356 15.4 22.18 23.29623151
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 25 dari 29
Dari seri data tersebut diperoleh kurva Kalibasi Venturimeter sebagai berikut:
Kalibrasi Venturimeter
y = -0.024x2 + 1.0294x + 13.498R2 = 0.9302
10
12
14
16
18
20
22
24
26
0 10 20 30 40Delta hv (cm)
u (c
m/s
)
Maka persamaan kalibrasi venturimeter itu adalah:
u = -0.024*(∆hv)2+1.0294*(∆hv)+13.498
V.7.2 Kalibrasi Kolom Kosong
Misalkan diperoleh data kalibrasi kolom kosong (grid) dengan venturimeter
berikut:
∆hv (cm) ∆hm grid (cm) 0.4 2.7 0.6 3.8 0.9 4 1.2 5 1.6 5.5 2.2 6.5 3.1 7.5 3.8 8.5 4.6 9.3 5.3 10.1
6 11.2 7.2 12.4
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 26 dari 29
Dari seri data tersebut diperoleh kurva Kalibasi Kolom Kosong sebagai berikut:
Kalibrasi Kolom Kosong
y = 1.3556x + 3.0398R2 = 0.9851
0
2
4
6
8
10
12
14
0 2 4 6 8Delta hv (cm)
Del
ta h
m g
rid (c
m)
Maka persamaan kalibrasi kolom kosong itu adalah:
(∆hm grid) = 1.3556*(∆hv)+ 3.0398
V.7.3 Hasil Salah Satu Run Percobaan Utama
Misalkan data berikut adalah hasil tempuhan percobaan utama dengan variasi
tertentu:
∆hv (cm)
∆hm total (cm)
∆hm grid (cm)
∆hm (cm) L (cm) Fenomena
0.1 0.8 1.17536 0.37536 3.1 Fixed 0.1 1.7 1.17536 0.52464 3.1 Fixed 0.2 2.9 2.31092 0.58908 3.1 Fixed 0.3 4.2 3.44648 0.75352 3.1 Fixed 0.8 5.3 4.12428 1.17572 3.2 E
1 6.3 4.3954 1.9046 3.2 E 1.1 7.3 4.53096 2.76904 3.2 E,B 1.7 8.3 5.34432 2.95568 3.4 E,S 2.2 9.2 6.02212 3.17788 3.5 C
3 10 7.1066 2.8934 3.6 C 4 11.5 8.4622 3.0378 3.6 C
4.6 12.6 9.27556 3.32444 3.6 C 5.2 13.4 10.08892 3.31108 3.6 C 6.2 14.6 11.44452 3.15548 3.7 C,S 7.2 15.8 12.80012 2.99988 3.7 C,S,F 8.8 17.3 14.96908 2.33092 3.8 C,S,F 9.5 18.4 15.918 2.482 3.8 C,S,F
11.2 20.3 18.22252 2.07748 3.8 C,S,F 12.6 21.8 20.12036 1.67964 3.8 S,F
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 27 dari 29
14 23 22.0182 0.9818 3.9 S,F 14.8 24 23.10268 0.89732 4 S,F 13.8 22.8 21.74708 1.05292 4 S,F 12.4 21.8 19.84924 1.95076 3.9 S,F 11.2 20.4 18.22252 2.17748 3.8 B,F 10.3 19.2 17.00248 2.19752 3.8 B,S,F
9.4 18 15.78244 2.21756 3.8 B,S,F 7.8 16.3 13.61348 2.68652 3.8 B,S,F
7 15.4 12.529 2.871 3.6 C,B,F 5.8 14.2 10.90228 3.29772 3.6 C,B,F 5.3 13 10.22448 2.77552 3.6 C,F 4.3 11.5 8.86888 2.63112 3.6 E,C 3.8 10.5 8.19108 2.30892 3.5 E,C 2.8 9 6.83548 2.16452 3.4 E,C
2 7.1 5.751 1.349 3.4 E 1.2 5.2 4.66652 0.53348 3.4 E 0.8 4 4.12428 0.12428 3.4 Fixed
∆hv (cm) ∆hm (cm) u ∆P log u log ∆P 0.1 0.37536 13.6007 756.30536 1.1335613 2.8786972 0.1 0.52464 13.6007 1057.0866 1.1335613 3.0241106 0.2 0.58908 13.70292 1186.9255 1.1368131 3.0744235 0.3 0.75352 13.80466 1518.2524 1.1400257 3.181344 0.8 1.17572 14.30616 2368.9347 1.1555231 3.3745531
1 1.9046 14.5034 3837.5404 1.1614698 3.584053 1.1 2.76904 14.6013 5579.2833 1.1643915 3.7465784 1.7 2.95568 15.17862 5955.3405 1.1812323 3.7749066 2.2 3.17788 15.64652 6403.0469 1.1944178 3.8063867
3 2.8934 16.3702 5829.8538 1.214054 3.7656577 4 3.0378 17.2316 6120.8025 1.2363256 3.7868084
4.6 3.32444 17.7254 6698.3477 1.248596 3.8259677 5.2 3.31108 18.20192 6671.4289 1.2601172 3.8242189 6.2 3.15548 18.95772 6357.9135 1.2777861 3.8033146 7.2 2.99988 19.66552 6044.3982 1.2937054 3.7813531 8.8 2.33092 20.69816 4696.5241 1.3159317 3.6717766 9.5 2.482 21.1113 5000.9322 1.324515 3.699051
11.2 2.07748 22.01672 4185.8729 1.3427526 3.621786 12.6 1.67964 22.6582 3384.273 1.3552254 3.5294654
14 0.9818 23.2056 1978.2092 1.3655928 3.2962722 14.8 0.89732 23.47616 1807.9921 1.3706271 3.2571965 13.8 1.05292 23.13316 2121.5074 1.364235 3.3266446 12.4 1.95076 22.57232 3930.5473 1.3535762 3.594453 11.2 2.17748 22.01672 4387.3609 1.3427526 3.6422034 10.3 2.19752 21.55466 4427.7391 1.3335412 3.646182
9.4 2.21756 21.05372 4468.1173 1.3233288 3.6501246 7.8 2.68652 20.06716 5413.0154 1.3024859 3.7334393
7 2.871 19.5278 5784.7205 1.2906533 3.7622824 5.8 3.29772 18.66116 6644.5101 1.2709386 3.822463
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 28 dari 29
5.3 2.77552 18.27966 5592.3397 1.2619681 3.7475935 4.3 2.63112 17.48066 5301.3911 1.2425578 3.7243898 3.8 2.30892 17.06316 4652.1967 1.2320595 3.6676581 2.8 2.16452 16.19216 4361.2481 1.2093048 3.6396108
2 1.349 15.4608 2718.0731 1.189232 3.4342611 1.2 0.53348 14.69872 1074.8982 1.1672795 3.0313673 0.8 0.12428 14.30616 250.40929 1.1555231 2.3986504
Dari data tersebut dapat dibuat Kurva Karakteristik Fluidisasi sebagai berikut:
Kurva Karakteristik Fluidisasi
2
2.2
2.4
2.6
2.8
33.2
3.4
3.6
3.8
4
1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4log u
log
delta
P
Perioda Laju Menurun Periode Laju Naik
V.7. 4. Perhitungan Kecepatan Minimum Fluidisasi
A. Cara Visual
Dari rangkaian data yang didapatkan dapat diperkirakan fluidisasi minimum
terjadi saat laju alir udara 14,3 cm/s.
B. Cara Grafik
Dengan garis bantu pada Kurva Karakteristik Fluidisasi diperkirakan
fluidisasi minimum terjadi saat laju alir udara log-1(1,2) = 15,84 cm/s
C. Secara Teoretis dengan Persamaan Ergun
Persamaan Ergun:
( )f
mffpp2mf ρ*1.75
)3(*g*ρρ*dU
ε−=
jika
dp = 0.14095 cm
ρp = 2.806 g/cm3
Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II
Departemen Teknik Kimia ITB
Modul 2.13 Fluidisasi Halaman 29 dari 29
ρf = 0.00118 g/cm3
g = 981 cm/s2
εmf = 0.65
Maka ( )
cm/s 610.227U0.00118*1.75
.65)30(*981*00118.0806.2*0.14095U
mf
2mf
=
−=
D. Secara Teoretis dengan Persamaan Wen Yu
( )f
fp2
pmf *1650
g*ρρ*dU
µ−
=
dimana:
dp = 0.14095 cm
ρp = 2.806 g/cm3
ρf = 0.00118 g/cm3
g = 981 cm/s2
µf = 1.8*10-4 cP
Maka : ( )
cm/s 14.18U10*.81*1650
981*00118.0806.2*14095.0U
mf
4-
2
mf
=
−=
Dari perhitungan-perhitungan tersebut terlihat besarnya ketidak sesuaian
anatara kecepatan minimum fluidisasi yang diperoleh dengan percobaan
dengan kecepatan minimum fluidisasi dengan perhitungan sesuai teori.
Mengapa?
Daftar Pustaka
1. Fee, C.J., A Simple but Effective Fluidized-Bed Experiment, Chem. Eng. Educ.,
Summer 1994, pp. 214-217
2. Kunii, D., and Levenspiel, O., Fluidization Engineering, Butterworth-Heinemann,
Boston, 1991
3. Buku-buku lain yang memuat topik fluidisasi.