Laju Pengeluaran Dari Hopper

D. LAJU PENGELUARAN PADATAN DARI HOPPER

D.3.1. PENDAHULUAN

3.1.1 Tujuan Percobaan

Tujuan dari percobaan ini adalah mengetahui bagaimana laju pengeluaran

padatan dari hopper yang berhubungan dengan diameter orifice pengeluaran dan

apakah head dari material di atas orifice mempunyai efek terhadap laju pengeluaran

material.

3.1.2 Latar Belakang

Terdapat berbagai macam alat yang digunakan dalam penyimpanan bahan

padat. Bahan padat yang disimpan pada alat penyimpan adalah bahan yang harus

dipertahankan tetap kering dan bahan yang memerlukan perlindungan terhadap

atmosfer pada musim tertentu. Salah satu tempat penyimpanan bahan padat adalah

hopper yang dapat memungkinkan pengeluaran bahan dengan mengalir pada saat

diumpankan ke dalam proses. Hopper merupakan bin kecil yang mempunyai dasar

agak miring, yang digunakan untuk menyimpan dan menumpuk material padat

sementara sebelum diumpankan ke dalam proses. Hopper juga digunakan sebagai

tempat campuran bahan baku. Laju pengeluaran padatan dari hopper tergantung

besarnya bukaan diameter orifice.

Dalam industri, laju pengeluaaran padatan dari hopper digunakan untuk

tempat pencampuran dan penyimpanan pada bahan baku. Biasanya digunakan untuk

penyimpanan bahan baku semen dengan perbandingan tertentu, yang mana isi dari

masing-masing hopper dikeluarkan dengan kecepatan tertentu kemudian

ditumpahkan di dalam suatu conveyor yang sama. Oleh karena itu, mahasiswa perlu

untuk mempelajari bagian pengaruh besarnya diameter pengeluaran orifice terhadap

laju pengeluaran padatan.

D.3.2. DASAR TEORI

Hopper ialah bin kecil dengan dasar agak miring, dan digunakan untuk

menumpuk sementara, sebelum zat padat diumpankan ke dalam proses. Semua

kemasan itu dimuat dari atas dengan elevator atau sejenisnya; pengeluaran biasanya

dari bawah. Bila zat padat butiran ditimbun di dalam bin atau hopper, tekanan lateral

yang bekerja pada dinding lebih kecil dari yang diramalkan dari tinggi tekan (head)

bahan yang berada di atas titik itu. Gaya gesek pada dinding cenderung mengimbangi

bobot zat padat dan mengurangi tekanan yang diberikan massa itu pada dasar bejana.

Dalam kasus ekstremnya, gaya ini menyebabkan massa itu melengkung, atau

menjembatan, sehingga tidak dapat jatuh, walaupun bahan yang terdapat di

bawahnya sudah dikeluarkan (Mc Cabe, 1999:300).

Ketika padatan keluar dari hopper melalui orifice partikel cenderung bergerak

secara perlahan ke bagian bawah menuju tengah dimana terjadi pengeluaran padatan

yang cepat dan melewati orifice. Laju pengeluaran (Q) tergantung dari diameter

orifice (D) dengan persamaan:

Q = k . Dn ... (D.3.1)

dimana k = konstanta proporsional

n = ukuran powder/tepung nilainya 2,5 – 3

Secara umum telah ditemukan bahwa head material di atas orifice tidak mempunyai

efek terhadap laju pengeluaran padatan (Tim Dosen Teknik Kimia, 2011:23).

Kemasan-kemasan untuk bahan curah (bulk) yang besar-besar biasanya

berbentuk bujur sangkar atau persegi panjang, terbuat dari baja, aluminium, kayu,

atau beton. Apabila isi kemasan tidak dikosongkan secara manual, maka bisa dengan

cara mekanik, yaitu isi dikeluarkan melalui ujung suatu bentuk kerucut piramida

yang dikenal dengan nama corong tuang (hopper). Hopper merupakan gabungan

dari alat pegocok, saringan, dan katub tipe khusus untuk mengeluarkan bahan kental,

lembab dan sebagainya (Cook, 1986:17).

Bagian materials handling dan penyimpan pada dekade 60-an hanya berupa

bak atau peti. Hal ini diubah secara radikal sebagai hasil riset yang dipimpin oleh

Andrew W. Jenike, yakni mengidentifikasikan hal yang mempengaruhi mengalirnya

suatu material faktor aliran untuk beberapa bin-hopper desain dan memberikan

spesifikasi untuk menentukan karakteristik bulk material yang mempengaruhi

penyimpanan dan arus. Bersama dengan teori itu Jenike memproduksi suatu metode

yang meliputi penyamaan dan fisik pengukuran karakteristik material. Suatu gudang

penyimpanan terdiri dari bin dan hopper. Bin adalah bagian atas penyimpanan secara

vertikal dan hopper sedikit diantara bin dan vessel ( Perry, 1997:21-27 ).

Pencampuran berbagai macam bahan baku dengan perbandingan tertentu

sering digunakan dengan menggunakan hopper. Isi dari masing-masing hopper

dikeluarkan dengan kecepatan tertentu dan kemudian seluruhnya ditumpahkan ke

dalam suatu conveyor yang sama. Bahan-bahan pengemas biasa yang digunakan

untuk zat padat dan penanganannnya secara manual dapat terbuat dari baja,

aluminium, palstik, bahan yang biasa untuk membuat drum, karton, tong, barrel

ataupun karung. Bahan-bahan berbentuk bubuk dan bahan lain yang sejenis

membutuhkan kondisi penyimpanan yang kering, untuk itu bahan tersebut biasanya

disimpan dalam silo (tangki vertikal besar). Di dalam silo ini bahan diisap atau

dihembus sehingga dengan demikian material akan tetap kering dan bersih. Di

industri kimia, penyimpanan bahan-bahan yang berbahaya diatur khusus; sesui

dengan jenis pengemasnya; jarak antara bangunan gedung dan tempat pembuatan;

ventilasi dan peralatan pengamanan serta peralatan pemadam kebakaran. Semua

bahan pengemas tersebut harus berlabel untuk dapat mengetahui isinya dengan jelas.

Bagaimanapun juga pengemas yang tidak berlabel tidak boleh dipergunakan (Cook,

1986:18-19).

Bergantung pada sifat-sifat alirannya, zat padat butiran dibagi atas dua

kelompok, yaitu yang kohesif (cohesive) dan nonkohesif (noncohesive). Bahan yang

noncohesive, seperti biji-bijian, pasir, dan suban (chip) plastik, dapat mengalir

dengan mudah dari bin atau silo. Zat padat yang cohesive, seperti lempung basah,

mempunyai ciri sulit mengalir melalui bukaan (Mc Cabe, 1999:297).

Zat padat yang terlalu berharga atau terlalu mudah larut untuk ditumpukkan

di udara terbuka, disimpan di dalam bin, hopper atau silo. Alat ini berupa bejana

berbentuk silinder atau siku empat, terbuat dari beton atau logam. Silo biasanya

tinggi dan diameternya relatif kecil. Bin tidak terlalu tinggi dan biasanya agak besar.

Bila zat padat butiran ditimbun di dalam bin atau hopper, tekanan lateral yang

bekerja pada dinding lebih kecil dari yang diramalkan dari tinggi tekan (head) bahan

yang berada di titik itu. Disamping itu, biasanya terdapat gesekan antara dinding dan

butir-butir zat padat itu karena adanya saling mengait antara partikel pengaruh

gesekan itu terasa di keseluruhan massa. Gaya gesek pada dinding cenderung

mengimbangi bobot zat padat dan mengurangi tekanan yang diberikan massa itu pada

dasar bejana. Dalam kasus ekstrimnya, gaya ini menyebabkan massa itu melengkung

atau menjembatan, sehingga tidak dapat jatuh, walaupun bahan yang terdapat

dibawahnya sudah dikeluarkan (Mc Cabe, 1993:939).

Tempat penampungan sementara terbagi menjadi dua, yaitu : penyimpanan

bahan secara terbuka (outdoor) dan penyimpanan bahan secara tertutup (indoor).

Bahan yang tersimpan secara terbuka ini adalah bahan yang tidak dipengaruhi oleh

udara, hujan, panas dan lainnya. Misalnya batubara, kayu, batu dan belerang.

Tergantung dari sifat bahan, bila bahan yang disimpan dan cara penanganan bahan.

Metode penyimpanan secara terbuka ini berupa penyimpanan di bawah traveling

bridge, penampungan kiri-kanan jalan, overhead system dan drag scrapper system.

Penyimpanan bahan secara tertutup dibagi menjadi dua cara, yakni : peyimpanan

dalam bentuk timbunan dan penyimpanan dalam bin atau bunker atau silo

(Perry, 1997:21–23).

Jumlah keluaran padatan biasanya dibedakan dengan berbagai ukuran dari

orifice atau keluaran bagian bawah dari hopper, aliran akan terjadi. Jika terjadi

tegangan geser oleh material melebihi tegangan geser dari partikel di dekat bagian

pengeluaran. Aliran partikel padat melalui sebuah orifice bergantung pada

kemampuan dari partikel bergerak pada bagian pengeluaran (Coulson, 2002:26).

Pada penyimpanan bahan padat, bentuk penyimpanan yang paling sederhana

adalah dengan cara penumpukkan di tempat terbuka ataupun tertutup. Namun cara ini

tidak dapat ditetapkan untuk bahan-bahan yang bersifat korosif, mudah dibakar atau

mudah meledak. Kemasan-kemasan untuk bahan curah (bulk) yang besar-besar

biasanya berbentuk bujur sangkar atau persegi panjang, ternuat dari baja, aluminium,

kayu atau beton. Apabila isi kemasan tidak dikosongkan secara manual, maka bisa

dengan cara mekanik, yaitu isi dikeluarkan melalui ujung suatu bentuk kerucut

piramida yang dikenal dengan nama corong tuang (hopper). Hopper merupakan

gabungan dari alat pengocok, saringan dan katup tipe khusus untuk mengeluarkan

bahan kental, lembab dan sebagainya (Cook, 1986:17).

D.3.3 METODOLOGI PERCOBAAN

3.3.1 Alat dan Deskripsi Alat

Alat-alat yang digunakan dalam percobaan ini yaitu:

Digital balance

Hopper

Stopwatch

Deskripsi Alat :

Keterangan:

1. Digital balance

2. Rails

3. Hopper

4. Scale showing head above orifice

5. Plate with four orifice

6. Pan

Gambar D.3.1 Rangkaian Alat Percobaan Laju Pengeluaran dari Hopper

3.3.2 Bahan

Bahan-bahan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu :

Pasir ukuran 710, 500 dan 355 mikron

Receiver pasir

Receiver bata

3.3.3 Prosedur Percobaan

1. Mengisi hopper dengan sampel, sampai ketinggainnya 125 mm.

2. Membuka orifice yang berada pada bagian bawah hopper yang berukuran 12 mm

dan menampung sampel pada bak penampung dan mencatat waktu yang

diperlukan sampai sampel itu habis.

3. Menimbang sampel yang tertampung pada bak penampung dengan cara

menjalankannya pada rails menuju digital balance

4. Mengulangi langkah 1-3 untuk jenis orifice yang berukuran 15 mm.

5. Menghitung laju perubahan berdasarkan diameter orifice dengan membuat grafik

antara log Q terhadap log D. Nilai k diperoleh dari intercept pada grafik dan nilai

n adalah nilai slope.

D.3.4 HASIL DAN PEMBAHASAN

3.4.1 Hasil Pengamatan

Tabel D.3.1 Hasil Pengamatan pada Pasir 710 mikron

Diameter Orifice Waktu yang diperlukan (detik) Massa sampel (gram)

12 16,97 521

15 6,83 520,7



12 16,56 505

15 9,18 504,7



12 15,82 494,2

15 6,3 491,3

Tabel D.3.4 Hasil Pengamatan pada Pasir Receiver


12 15,9 495,3

15 10,31 494,9

Tabel D.3.5 Hasil Pengamatan pada Bata Receiver


12 389,31 310,2

15 144,01 310,6

3.4.2 Hasil Perhitungan

Tabel D.3.6 Hasil Perhitungan Laju Pengeluaran pada Pasir 710 mikron

DiameterWaktu Massa

LajuLog D Log Q

Laju Orifice Pengeluaran Perubahan(mm) (s) (gram) (g/s) (g/s)

12 16,97 521 30,7012 1,0791 1,4871 72909,64

15 6,83 520,7 76,2371 1,1760 1,8821 181046,5


DiameterWaktu Massa

LajuLog D Log Q


12 16,56 505 30,4951 1,0791 1,4842 967,31

15 9,18 504,7 54,9782 1,1760 1,7401 1743,84


DiameterWaktu Massa

LajuLog D Log Q


12 15,82 494,2 31,2389 1,0791 1,4947 77675,36

15 6,3 491,3 77,9841 1,1760 1,8920 193873

Tabel D.3.9 Hasil Perhitungan Laju Pengeluaran pada Pasir Receiver

DiameterWaktu Massa

LajuLog D Log Q

LajuOrifice Pengeluaran Perubahan(mm) (s) (gram) (g/s) (g/s)

12 15,9 495,3 31,1509 1,0791 1,4934 73,51

15 10,31 494,9 48,0019 1,1760 1,6812 113,25

Tabel D.3.10 Hasil Perhitungan Laju Pengeluaran pada Bata Receiver

DiameterWaktu Massa

LajuLog D Log Q

LajuOrifice Pengeluaran Perubahan(mm) (s) (gram) (g/s) (g/s)

12 389,31 310,2 0,7967 1,0791 -0,0986 321175,103

15 144,01 310,6 2,1567 1,1760 0,3338 869269,3

3.4.3 Pembahasan

Laju pengeluaran dipengaruhi oleh diameter orifice pada setiap bukaannya,

jenis dan ukuran partikel. Semakin besar diameter orifice maka laju pengeluaran

padatan pun akan semakin besar pula. Sampel yang digunakan dalam percobaan ini

adalah pasir dengan ukuran 710, 500, 355 mikron, pasir receiver dan bata receiver.

Sedangkan diameter orifice yang digunakan adalah 12 dan 15 mm.

Dari hasil pengamatan dan perhitungan, diperoleh nilai laju pengeluaran

untuk masing-masing sampel pada diameter 12 dan 15 mm. Untuk pasir 710 mikron

adalah 30,7012 dan 76,2371 g/s; untuk pasir 500 mikron yaitu 30,4951 dan 54,9782

g/s; untuk pasir 355 mikron 31,2389 dan 77,9841 g/s; untuk pasir receiver yaitu

31,1509 dan 48,0019 g/s; dan untuk bata receiver yaitu sebesar 0,7967 dan 2,1567

g/s.

1.06 1.08 1.1 1.12 1.14 1.16 1.18 1.2-0.3

0

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5

1.8

f(x) = 4.46251685928359 x − 4.91451827058662R² = 1

f(x) = 1.93775213764569 x − 0.597714562773918R² = 1

f(x) = 4.09978226650115 x − 2.92971187298225R² = 1f(x) = 2.64120878656111 x − 1.36611194368315R² = 1

f(x) = 4.07605964287155 x − 2.91165124337668R² = 1

Pasir 710Linear (Pasir 710)Pasir 500Linear (Pasir 500)pasir 355Linear (pasir 355)pasir receiverLinear (pasir receiver)bata receiverLinear (bata receiver)

Log D

Log

Q

Gambar D.3.2 Hubungan antara log D dan log Q

Dari Gambar D.3.2 diperoleh persamaan linier untuk masing-masing sampel.

Pada pasir 710 mikron persamaannya adalah y = 4,076x – 2,911 dimana nilai k =

2,911 dan nilai n = 4,076; untuk pasir 500 mikron y = 2,641x – 1,366 dimana nilai k

= 1,366 dan nilai n = 2,641; untuk pasir 355 mikron y = 4,099x – 2,929 dimana nilai

k = 2,929 dan nilai n = 4,099; untuk pasir receiver y =1,937x – 0,597 dimana nilai k

= 0,597 dan nilai n = 1,937; untuk bata receiver y = 4,462x – 4,914 dimana nilai k =

4,914 dan nilai n = 4,462. Nilai k (intercept) mewakili konstanta proporsional suatu

material dan nilai n (slope) mewakili ukuran dari sampel. Laju pengeluaran

dipengaruhi oleh nilai intercept (k) dan nilai slope (n). Tanda negatif (-) yang

terdapat pada persamaan y = nx – k menunjukkan terjadinya penurunan pada

kecepatan karena adanya perlambatan pada saat proses pengeluaran sampel dari

hopper. Laju perubahan adalah laju perubahan dari kecepatan saat sampel mengalami

proses pengeluaran dari hopper. Nilai laju perubahan yang diperoleh untuk masing-

masing sampel pada diameter 12 dan 15 mm untuk pasir 710 mikron sebesar

72909,64 dan 18146,5 g/s; untuk pasir 500 mikron sebesar 967,31 dan 1743,84 g/s;

untuk pasir 355 mikron sebesar 77675,36 dan 193873 g/s; untuk pasir receiver

sebesar 31,1509 dan 48,0019 g/s; untuk bata receiver sebesar 0,7967 dan 2,1567 g/s.

Hasil percobaan menunjukkan bahwa semakin besar diameter orifice maka

semakin cepat laju pengeluaran sampel pada hopper. Ini menunjukkan bahwa laju

pengeluaran berbanding lurus dengan diameter orifice dan laju perubahannya serta

berbanding terbalik terhadap waktu. Laju pengeluaran pada pasir 355 mikron yang

diperoleh merupakan nilai yang paling besar bukan pasir receiver. Hal ini tidak

sesuai dengan teori yang menyataan bahwa semakin kecil ukuran ayakan dari partikel

maka semakin besar nilai laju pengeluaran padatannya. Hal ini disebabkan karena

kondisi pasir receiver yang digunakan sedikit lembab menyebabkan laju pengeluaran

menjadi lebih lambat.

Laju pengeluaran pasir lebih cepat dibandingkan bata. Hal ini dikarenakan

pasir memiliki ukuran yang lebih kecil sehingga desakan antar partikel di lubang

keluaran hopper tidak begitu berarti, pasir akan lolos dari bukaan orifice akibat gaya

tekan yang diberikan oleh partikel-partikel pasir dalam ketinggian di atas orifice.

Selain itu, bata receiver yang digunakan sedikit lembab mengakibatkan partikel-

partikel bata menjadi lebih berat dan membuatnya lebih sulit untuk keluar dari

bukaan orifice. Hal ini berlaku untuk setiap ukuran ayakan pasir (710, 500, 355

mikron dan receiver). Semakin besar ukuran partikel semakin lambat laju

pengeluaran padatannya.

Faktor-faktor yang mempengaruhi pengeluaran partikel padatan adalah

adanya gaya gesek pada dinding cenderung mengimbangi bobot zat padat dan

mengurangi tekanan yang diberikan massa itu pada dasar bejana (pan). Hal ini akan

menyebabkan partikel tidak dapat jatuh, walaupun bahan yang terdapat dibawahnya

sudah dikeluarkan. Ukuran dan partikel dalam bentuk partikel basah membuat

sampel tidak bisa lolos pada bukaan orifice karena terjadi pemampatan partikel pada

bukaan sehingga menghalangi pengeluaran pada hopper. Laju pengeluaran pada

hopper juga dipengaruhi oleh gaya gravitasi pada saat partikel jatuh ke bejana.

Tinggi sampel pada hopper yang besar akan membuat laju pengeluarannya semakin

kecil karena massa yang berkumpul lebih banyak sehingga waktu yang diperlukan

lebih lama.

D.3. 5 PENUTUP

3.5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diambil dari percobaan ini adalah:

1. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju pengeluaran padatan dari hopper adalah

diameter orifice, jenis dan ukuran partikel, tinggi sampel dalam hopper serta

kelembaban sampel.

2. Laju pengeluaran untuk pasir 710 mikron pada diameter 12 dan 15 mm masing-

masing adalah 30,7012 dan 76,2371 g/s.





5. Laju pengeluaran untuk pasir receiver pada diameter 12 dan 15 mm masing-


6. Laju pengeluaran untuk bata receiver pada diameter 12 dan 15 mm masing-


3.5.2 Saran

Agar praktikum berjalan dengan lancar dan data yang diperoleh lebih akurat,

maka sebelum melakukan percobaan ini sebaiknya di cek orifice pengeluarannya,

dan juga perhatikan waktu pengeluaran bahan dari orifice.

Documents

Laju Pengeluaran Dari Hopper