BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Fluidisasi adalah suatu fenomena berubahnya sifat suatu padatan ( bed )

dalam suatu reaktor menjadi bersifat seperti fluida dikarenakan adanya aliran

fluida ke dalamnya, baik berupa liquid maupun gas. Jika suatu aliran udara

melewati partikel unggun yang ada dalam tabung, maka aliran tersebut akan

memberikan gaya seret (drag force) pada partikel dan menimbulkan pressure

drop sepanjang unggun. Pressure drop akan naik jika kecepatan superficial

naik.

Kecepatan superfisial adalah laju alir udara pada kolom yang kosong,

sedangkan kecepatan interstitial adalah kecepatan udara di antara partikel

unggun. Pada kecepatan superfisial rendah, ungun mula-mula diam. Jika

kecepatan superfisial dinaikkan maka pada suatu saat gaya seret fluida

menyebabkan unggun mengembang dan menyebabkan tahanan terhadap aliran

udara mengecil, sampai akhirnya gaya seret tersebut cukup untuk mendukung

gaya berat partikel unggun. Hal ini menyebabkan unggun terfluidisasi dan

sistem solid-fluida menunjukkan sifat-sifat seperti fluida. Kecepatan superfisial

terendah yang dibutuhkan agar terjadi fluidisasi disebut minimum fluidization

velocity ( Umf ). Fluidisasi berhubungan dengan banyak proses industri kimia,

misalnya dalam proses katalisasi maupun dalam proses pemurnian gas. Proses

fluidisasi ini memiliki beberapa hal penting yang harus diperhatikan, seperti

jenis dan tipe fluidisasi, aplikasi dalam industri serta spesifikasi dan cara kerja

alatnya.

Aplikasi fluidisasi dalam proses industri sangat banyak. Hal ini dimulai

pada tahun 1926 untuk Gasifier Winkler berskala besar lalu Fluidized-bed

Catalytic Cracking (FCC) crude oil menjadi bensin pada tahun 1942. Aplikasi

tersebut semakin berkembang dan pada tahun 1990 dapat diklasifikasikan

menjadi proses-proses kimia katalitik (seperti FCC dan sintesis Fischer-

Tropsch), proses-proses kimia nonkatalitik (seperti thermal cracking dan

gasifikasi batubara), dan proses-proses fisik (seperti pengeringan dan absorpsi).

Selain itu, fluidisasi kontinu banyak dimanfaatkan dalam pabrik pengolahan

untuk memindahkan padatan dari satu tempat ke tempat lain.

1

Dalam praktikum kali ini mahasiswa akan melakukan percobaan fluidisasi

ini sehingga mahasiswa dapat mengetahui apa itu fluidisasi, faktor-faktor yang

mempengaruhi fluidisasi serta kelebihan dan kekurangan dari fluidisasi tersebut

bila diaplikasikan ke dalam bidang perindustrian.

I.2. Tujuan Percobaan

Adapun tujuan dari percobaan ini adalah:

1. Menentukan kurva karakteristik fluidisasi, yaitu kurva yang menggambarkan

hubungan ∆P unggun dengan U

2. Menentukan kecepatan fluidisasi minimum

3. Mengetahui fenomena-fenomena yang terjadi selama operasi fluidisasi

berlangsung secara visual.

I.3. Problem Percobaan

1. Pada manometer, sering kemasukan pasir yang menyebabkan atau

mempengaruhi perubahan tekanan sehingga pasir harus dibersihkan dahulu.

2. Pada unggun, banyak terdapat kotoran atau lumut sehingga akan

mempengaruhi laju alir fluida.

I.4. Metode Percobaan

Pada percobaan fluidisasi yang harus dilakukan pertama kali oleh

praktikan adalah meminjam alat kepada petugas labolatorium, alat yang

dipinjam adalah antara lain: gelas ukur, stop watch, ember. Kemudian mengukur

tinggi unggun dan kemudian mengisi tangki air sebanyak 4/5 bagian dan dijaga

konstan isi air tersebut. Setelah langkah ketiga, kemudian buka kran bawah dan

kran atas. Setelah terbuka nyalakan pompa . Lalu buka kran tengah. Setelah kran

tengah terbuka tinggi unggun diukur dan laju alir, pressure drop diukur juga

serta amati fenomena yang terjadi.

Setelah langka diatas, ulangi dengan variasi pada kran tengah.

I.3. Manfaat Percobaan

2

1. Dapat mengetahui cara kerja dari fluidisasi

2. Dapat mengetahui fenomena-fenomena yang terjadi pada saat percobaan

3. Dapat mengetahui cara kerja alat manometer.

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1. Fenomena Fluidisasi

Jika suatu aliran udara melewati suatu partikel unggun yang ada dalam

tabung, maka aliran tersebut akan memberikan gaya seret ( drag force ) pada

partikel dan memberikan pressure drop sepanjang unggun. Pressure drop akan

naik jika kecepatan superficial naik ( kecepatan superficial adalah kecepatan

aliran jika tabung kosong ).

Pada kecepatan superficial rendah, unggun mula-mula diam. Jika

kecepatan superficial dinaikkan maka pada suatu saat gaya seret fluida

menyebabkan unggun mengembang dan tahanan terhadap aliran udara

mengecil, sampai akhirnya gaya seret tersebut cukup untuk mendukung gaya

berat partikel unggun dan unggun akan terfluidisasi.

Sementara itu, pressure drop akan tetap walaupun kecepatan superficial

terus dinaikkan dan sama dengan berat efektif unggun persatuan luas.

Kecepatan superficial terendah yang dibutuhkan untuk terjadinya fluidisasi

disebut Minimum Fluidization Velocity ( Umf ).

Konsep dasar dari suatu partikel unggun yang terfluidisasi dapat

diilustrasikan dengan fenomena yang terjadi saat adanya perubahan laju alir gas

seperti pada gambar di bawah ini:

Gambar II.1.1. Fenomena fluidisasi dengan variasi laju alir gas

4

Fenomena fluidisasi pada sistem gas-padat juga dapat diilustrasikan pada

gambar berikut ini:

Gambar II.1.2. Fenomena fluidisasi pada sistem gas-padat

Adapun fenomena-fenomena yang dapat terjadi pada proses fluidisasi,

antara lain:

1. Fenomena fixed bed, 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.

Gambar II.1.3. Fenomena fixed bed

2. Fenomena minimum or incipient fluidization, terjadi ketika laju alir fluida

mencapai laju alir minimum yang dibutuhkan untuk proses fluidisasi. Pada

kondisi ini partikelpartikel padat mulai terekspansi. Kondisi ini ditunjukkan

pada gambar.

Gambar II.1.4. Fenomena minimum or incipient fluidization

3. Fenomena smooth or homogenously fluidization, terjadi saat kecepatan

dan distribusi aliran fluida merata, densitas dan distribusi partikel dalam

5

unggun sama atau homogeny sehingga ekspansi pada setiap partikel

padatan seragam. Kondisi ini ditunjukkan pada gambar.

Gambar II.1.5. Fenomena smooth or homogenously fluidization

4. Fenomena bubbling fluidization yang terjadi ketika gelembung–

gelembung pada unggun terbentuk akibat densitas dan distribusi partikel

tidak homogen. Kondisi ini ditunjukkan pada gambar.

Gambar II.1.6. Fenomena bubbling fluidization

5. Fenomena slugging fluidization, terjadi ketika gelembung-gelembung

besar yang mencapai lebar dari diameter kolom terbentuk pada partikel-

partikel padat. Pada kondisi ini terjadi penolakan sehingga partikel-partikel

padat seperti terangkat. Kondisi ini dapat dilihat pada gambar.

Gambar II.1.7. Fenomena slugging fluidization

6. Fenomena chanelling fluidization, terjadi ketika dalam unggun partikel

padatan terbentuk saluran-saluran seperti tabung vertikal. Kondisi ini

ditunjukkan pada gambar.

6

Gambar II.1.8. Fenomena chanelling fluidization

7. Fenomena disperse fluidization, terjadi saat kecepatan alir fluida

melampaui kecepatan maksimum aliran fluida. Pada fenomena ini sebagian

partikel akan terbawa aliran fluida dan berekspansi mencapai nilai

maksimum. Kondisi ini ditunjukkan pada gambar.

Gambar II.1.9. Fenomena disperse fluidization

Fenomena-fenomena fluidisasi tersebut sangat dipengaruhi oleh faktor-

faktor berikut:

a. Laju alir fluida dan jenis fluida

b. Ukuran partikel dan bentuk partikel

c. Jenis dan densitas partikel serta faktor interlok antar partikel

d. Porositas unggun

e. Distribusi aliran,

f. Distribusi bentuk ukuran fluida

g. Diameter kolom

h. Tinggi unggun.

Faktor-faktor di atas merupakan variabel-variabel dalam proses fluidisasi

yang akan menentukan karakteristik proses fluidisasi tersebut. Selain itu,

fenomena pada gambar II.1.2. dapat dijelaskan melalui persamaan Bernoulli

dengan aliran laminer sebagai berikut, yaitu:

( 1 )

7

Pada gambar II.1.2., terlihat bahwa perbedaan tekanan sepanjang unggun

secara linear berbanding lurus dengan laju alir volumetrik selama fluidisasi

belum tercapai.

Jika padatan berupa partikel seperti pasir, ketahanan partikel tersebut

terhadap aliran fluida akan menurun dengan meningkatnya porositas partikel

tersebut. Pengukuran ∆P pada sepanjang unggun dapat dinyatakan dengan

persamaan sebagai berikut:

( 2 )

Bila Vs meningkat, є meningkat dan ∆P dijaga agar konstan. Dalam hal

ini ∆x juga akan meningkat, akan tetapi pengaruh dari kenaikan ∆x ini lebih

kecil dibandingkan pengaruh yang ditimbulkan oleh perubahan є. Adapun

hubungan ∆x, ∆P dan kecepatan aliran fluida dapat dilihat pada gambar di

bawah ini.

Untuk kecepatan yang kurang dari kecepatan fluidisasi minimum ( Umf )

maka unggun akan berperilaku sebagai packed bed. Namun, jika kecepatan

aliran fluida dinaikkan melebihi Umf, maka tidak hanya unggun yang

terangkat, tetapi partikel akan bergerak dan akan saling berbenturan satu sama

lain dan akhirnya keseluruhan massa partikel akan menjadi fluida.

Gambar II.1.1. Grafik Transition from packed bed to fluidized bed

Selama fluidisasi, penurunan tekanan sepanjang unggun akan tetap

walaupun kecepatan superfisial terus dinaikkan dan sama dengan berat efektif

unggun persatuan luas:

8

( 3 )

dimana: m = massa partikel

ρp = densitas partikel

Sb = luas area unggun

ρf = densitas fluida

g = percepatan gravitasi

Jika laju alir ke unggun terfluidisasi diturunkan bertahap, penurunan

tekanan akan tetap konstan dan tinggi unggun akan berkurang.Walaupun

demikian, tinggi unggun terakhir akan lebih besar daripada tinggi mula-mula

untuk fixed bed. Hal ini dikarenakan solid di dalam tabung cenderung

berkumpul lebih rapat daripada jika solid diam secara bertahap dari keadaan

terfluidisasi. Penurunan tekanan pada laju alir rendah lebih kecil daripada nilai

awal di fixed bed. Unggun yang terfluidisasi akan bersifat menyerupai liquid,

diantaranya:

Benda yang lebih ringan akan mengapung di atas unggun ( yaitu benda-

benda yang densitasnya lebih kecil daripada densitas bulk unggun )

Permukaan akan tetap horizontal bahkan dalam unggun yang miring

Solid dapat mengalir melalui bukaan di kolom sama seperti liquid

Unggun memiliki tekanan statis karena gravitasi, nilainya sebesar ρogh

Ketinggian antara dua unggun terfluidisasi yang serupa sama dengan

tekanan statik mereka.

II.2. Jenis-Jenis Fluidisasi

II.2.1. Fluidisasi Partikulat

Dalam fluidisasi pasir dengan air, partikel-partikel bergerak

menjauh satu sama lain dan gerakannya bertambah hebat dengan

meningkatnya kecepatan, tetapi densitas unggun rata-rata pada suatu

kecepatan tertentu sama di semua bagian unggun. Proses ini disebut

9

fluidisasi partikulat dan bercirikan ekspansi hamparan yang cukup besar

tetapi seragam pada kecepatan tinggi. ( McCabe, 1985:151 )

Akan tetapi, tidak semua fluida liquid pasti menghasilkan

fluidisasi partikulat, hal ini dipengaruhi oleh perbedaan densitas. Dalam

kasus dimana densitas fluida dan solid tidak terlalu berbeda, ukuran

partikel kecil, dan kecepatan aliran fluida rendah, unggun akan

terluidisasi merata dengan tiap partikel bergerak sendiri-sendiri

melewati jalur bebas rata-rata ( mean free path ) yang relatif sama. Fase

padat ini memiliki banyak karakteristik liquid dan disebut fluidisasi

partikulat.

Pada fluidisasi partikulat, ekspansi yang terjadi adalah seragam

dan persamaan Ergun, yang berlaku untuk unggun diam, dapat

dikatakan masih berlaku untuk unggun yang agak mengembang.

Andaikan aliran di antara partikel-partikel itu adalah laminar,

persamaan yang berlaku untuk hamparan yang mengalami ekspansi

adalah ( McCabe, 1985:152 ):

( 4 )

II.2.2. Fluidisasi Agregat / Fluidisasi Gelembung

Unggun yang difluidisasikan dengan udara biasanya menunjukkan

fluidisasi agregat. Pada kecepatan superfisial yang jauh melebihi Umf,

kebanyakan gas akan melewati unggun sebagai gelembung atau rongga-

rongga kosong yang tidak berisikan zat padat dan hanya sebagian kecil

gas yang mengalir dalam saluran-saluran yang terbentuk di antara

partikel. Gelembung yang terbentuk berperilaku hampir sama dengan

gelembung udara di dalam air atau gelembung uap di dalam zat cair

yang mendidih, dan karena itu fluidisasi jenis ini sering disebut

fluidisasi didih ( boiling bed ). ( McCabe, 1985:151 )

Gelembung-gelembung yang terbentuk cenderung bersatu dan

menjadi besar pada waktu naik melalui hamparan fluidisasi itu. Jika

10

kolom yang digunakan berdiameter kecil dengan hamparan zat padat

yang tebal, gelembung itu mungkin berkembang hingga memenuhi

seluruh penampang. Gelembung-gelembung yang beriringan lalu

bergerak ke puncak kolom terpisah dari zat padat yang seakan-akan

tersumbat. Peristiwa ini disebut penyumbatan ( slugging ). ( McCabe,

1985:151 )

Penyamarataan bahwa fluida gas pasti menghasilkan fluidisasi

gelembung tidak sepenuhnya benar. Perbedaan densitas merupakan

parameter yang penting. Pada kasus dimana densitas fluida dan solid

berbeda jauh atau ukuran partikel besar, kecepatan aliran fluida yang

dibutuhkan lebih besar dan fluidisasi yang terjadi tidak merata.

Sebagian besar fluida melewati unggun dalam bentuk gelembung (

bubbles ). Di sini, unggun memiliki banyak karakteristik liquid dengan

fasa fluida terjadi pada saat gas menggelembung melewati unggun.

Fluidisasi jenis ini disebut fluidisasi agregat.

Partikel unggun yang lebih ringan, lebih halus, dan bersifat

kohesif sangat sukar terfluidisasi karena gaya tarik antarpartikel lebih

besar daripada gaya seretnya. Partikel cenderung melekat satu sama lain

dan gas menembus unggun dengan membentuk channel. Pengembangan

volume unggun dalam fluidisasi gelembung terutama disebabkan oleh

volume yang dipakai oleh gelembung uap, karena fase rapat pada

umumnya tidak berekspansi dengan peningkatan aliran. Dalam

penurunan berikut ini, aliran gas melalui fase rapat diandaikan sama

dengan Umf dikalikan dengan fraksi unggun yang diisi oleh fase rapat,

ditambah sisa aliran gas yang dibawa oleh gelembung ( McCabe,

1985:154 ), sehingga:

( 5 )

dimana: fb = fraksi unggun yang diisi gelembung

ub = kecepatan rata-rata gelembung

Dalam fluidisasi agregat, fluida akan membuat gelembung pada

padatan unggun dalam tingkah laku yang khusus. Gelembung fluida

11

meningkat melalui unggun dan pecah pada permukaan unggun dan akan

tejadi “splashing” dimana partikel unggun akan bergerak ke atas.

Seiring dengan meningkatnya kecepatan fluida, perilaku gelembung

akan bertambah besar.

Keberadaan fluidisasi partikulat atau agregatif merupakan hasil

dari pengaruh gaya gravitasi pada fasa-fasa yang ada dalam unggun

terfluidisasi dan juga karena mekanika fluida ruah dari sistem. Angka

Froude, , yaitu rasio antara kinetik dengan energi gravitasi

merupakan salah satu kriteria penentu jenis fluidisasi apa yang terjadi.

II.2.3. Fluidisasi Kontinu

Bila kecepatan fluida melalui hamparan zat padat cukup besar,

maka semua partikel dalam hamparan itu akan terbawa ikut oleh fluida

hingga memberikan suatu fluidisasi kontinu. Prinsip fluidisasi ini

terutama diterapkan dalam pengangkutan zat padat dari suatu titik ke

titik lain dalam suatu pabrik pengolahan di samping ada beberapa

reaktor gas zat padat lama yang bekerja dengan prinsip ini. Contohnya

adalah dalam tranportasi lumpur dan tranportasi pneumatic. ( McCabe,

1985:151 )

Ketika laju alir fasa fluida melewati kecepatan terminal partikel,

unggun terfluidisasi akan kehilangan identitasnya karena partikel solid

terbawa dalam aliran fluida. Metoda pengangkutan ini sering digunakan

dalam industri, biasanya dengan udara sebagai fasa fluida, antara lain

untuk mengangkut produk dari pengering semprot (spray dryers).

Keuntungan metoda ini adalah kehilangan yang terjadi sedikit,

prosesnya bersih, dan kemampuannya untuk memindahkan sejumlah

besar solid dalam waktu singkat. Tetapi kerugiannya antara lain ada

kemungkinan terjadi kerusakan partikel solid serta korosi pada pipa

mungkin besar.

Dalam fluidisasi, karena sifat-sifat partikel padat yang menyerupai

sifat fluida cair dengan viskositas tinggi, metode pengontakan fluidisasi

memiliki beberapa keuntungan dan kerugian.

12

II.3. Sifat dan Karakteristik dari Partikel Unggun

a. Ukuran Partikel

Padatan dalam unggun yang terfluidisasi tak pernah sama dalam ukuran dan

mengacu pada distribusi ukuran partikel tersebut. Untuk menghitung ukuran

partikel rata-rata dengan menggunakan diameter rata-rata permukaan.

( 6 )

dimana: dp = diameter partikel rata-rata yang secara umum digunakan

untuk desain

dsv = diameter dari suatu bidang

b. Densitas Padatan

Padatan dapat dibedakan menjadi 3 bagian berdasarkan densitasnya yaitu

bulk, skeletel, dan particle. Densitas bulk merupakan pengukuran berat dari

keseluruhan partikel dibagi dengan volume partikel. Pengukuran ini

menyertakan faktor kekosongan dalam poripori partikel. Skeletel adalah

densitas suatu padatan jika porositasnya nol. Adapun densitas partikel

adalah berat dari suatu partikel dibagi dengan volumenya dengan

menyertakan poripori. Jika tidak ada nilai untuk densitas partikel, maka

pendekatan untuk densitas partikel dapat diperoleh dengan membagi dua

densitas bulk.

c. Penurunan Tekanan

Penurunan tekanan yang terjadi pada campuran dua fasa dinyatakan dalam

beragam bentuk, seperti static head, akselerasi dan kehilangan friksi untuk

gas dan padatan. Untuk aplikasi fluidisasi unggun di luar kondisi ketika

akselerasi penurunan tekanan dapat diterima, penurunan tekanan akan

dihasilkan dari static head padatan. Untuk itu, berat suatu partikel unggun

jika dibagi dengan tinggi padatan akan menghasilkan densitas

sesungguhnya dari unggun yang terfluidisasi. Formulanya dirumuskan

sebagai berikut:

( 7 )

13

Salah satu aspek yang akan ditinjau dalam percobaan ini adalah mengetahui

besarnya penurunan tekanan ( 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. 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

metode-metode 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 :

( 8 )

dimana:

ΔP/L = hilang tekan per satuan panjang/ tinggi unggun

gc = faktor gravitasi

μ = viskositas fluida

ε = porositas unggun yang didefinisikan sebagai perbandingan volume

ruang kosong didalam unggun dengan volume unggun

u = kecepatan alir superfisial fluida

S = luas permukaan spesifik partikel

d. Sphericity

Sphericity merupakan faktor bentuk yang dinyatakan sebagai rasio dari area

permukaan volume partikel bulat yang sama dengan partikel itu dibagi

dengan area permukaan partikel.

( 9 )

Material yang melingkar seperti katalis dan pasir bulat memiliki nilai

sphericity sebesar 0.9 atau lebih.

14

e. Kecepatan Fluidisasi Minimum ( Umf )

Kecepatan fluidisasi minimum adalah kecepatan superficial terendah yang

dibutuhkan untuk terjadinya fluidisasi. Umf dapat dicari dengan

menggunakan persamaan:

( 10 )

Di mana bilangan Archimides ( Ar ) adalah :

( 11 )

Untuk memprediksi Umf, Ergun menurunkan suatu korelasi dengan cara

menyamakan pressure drop pada saat Umf dengan berat unggun persatuan

luas dan diperoleh persamaan sebagai berikut.

( 12 )

Suku pertama persamaan Ergun dominan untuk aliran laminer sedangkan

suku kedua dominan pada aliran turbulen. Pengukuran Umf dapat diperoleh

dari grafik ∆P vs Umf, yaitu sesuai titik potong atau antara bagian kurva

yang datar seperti yang digambarkan pada gambar II.1.10..

f. Kecepatan Terminal

Kecepatan terminal suatu partikel ( Ut ) merupakan kecepatan gas yang

dibutuhkan untuk mengatur partikel tunggal yang tersuspensi dalam aliran

gas. Kecepatan terminal suatu partikel dinyatakan dalam persamaan:

( 13 )

Dalam aliran laminer dan mengikuti Hukum Stokes:

( 14 )

Jadi, kecepatan terminal untuk partikel tunggal berbentuk

bulat adalah:

( 15 )

Dan untuk partikel besar dengan Cd = 0.43

15

( 16 )

Persamaan ini mengindikasikan bahwa untuk partikel yang berukuran kecil

viskositas merupakan faktor dominan setiap gas dan untuk partikel

berukuran besar densitas merupakan faktor yang terpenting. Kedua

persamaan di atas mengabaikan gaya antar partikel. Secara umum

kecepatan selip ( Uselip ) atau kecepatan efektif terminal untuk partikel dalam

suspensi( U*t ) adalah:

( 17 )

Kekosongan f( є ) dari unggun yang terfluidisasi adalah fraksi mol yang

terjadi oleh gas. Fungsi t dapat dinyatakan dengan pendekatan Kozeny-

Charman berikut.

( 18 )

Pendekatan lain yang digunakan untuk sistem banyak fasa yaitu korelasi

Richardson-Zaki untuk partikel tunggal dalam suspensi, yaitu:

( 19 )

n merupakan fungsi dari dp/D dan bilangan Re yang divariasikan dari 2.4-

4.7.

g. Batas Partikel

Partikel diklasifikasikan berdasarkan bagaimana partikel tersebut

terfluidisasi dalam udara pada kondisi tertentu. Partikel tersebut dapat

diklasifikasikan menjadi:

Partikel halus

Partikel kasar

Kohesif, partikel yang sangat halus

Unggun yang bergerak

h. Gaya Antar Partikel

Gaya antar partikel sering kali diabaikan dalam fluidisasi meskipun dalam

banyak kasus gaya ini lebih kuat dibandingkan hydrodinamic yang

digunakan dalam banyak korelasi. Gaya antar partikel yang berhubungan

16

atau berkaitan dengan unggun yang terfluidisasi, misalnya van der waals,

elektrostatik, dan kapilaritas.

i. Daerah Batas Fluidisasi ( Fluidization Regimes )

Pada kecepatan gas rendah, suatu padatan dalam tabung unggun akan

berada pada kondisi konstan seiring dengan bertambahnya kecepatan gas,

gaya seret, dan gaya buoyant mengalahkan berat partikel serta gaya antar

partikel tersebut.

Pada fluidisasi minimum partikel memperlihatkan pergerakan yang minimal

dan secara langsung unggun akan sedikit terangkat.

II.4. Kelebihan dan Kekurangan Teknik Fluidisasi

Kelebihan dari teknik fluidisasi adalah:

1. Properti transfer panas yang baik dalam gas-fluidized bed. Gelembung yang

terbentuk menjaga unggun bersifat isotermal dan laju transfer panas yang

tinggi diperoleh antara unggun dan permukaan yang dicelupkan.

2. Sifat unggun yang menyerupai fluida memungkinkan adanya aliran zat

padat secara kontinu dan memudahkan pengontrolan.

3. Perpindahan panas antara unggun terfluidakan dengan media pemindah

panas yang baik memungkinkan pemakaian alat penukar panas yang

memiliki luas permukaan kecil.

4. Perpindahan panas dan kecepatan perpindahan mass antara partikel cukup

tinggi.

5. Sirkulasi butiran-butiran padat antara dua unggun fluidisasi memungkinkan

pemindahan jumlah panas yang besar dalam reaktor.

Kekurangan dari teknik fluidisasi adalah:

1. Kecepatan fluida yang digunakan terbatas pada jangkauan dimana unggun

terfluidisasi. Jika kecepatan jauh lebih besar dari Umf, dapat terjadi

kehilangan material yang cukup besar akibat terbawa keluar dari unggun

serta ada kemungkinan terjadi kerusakan partikel karena kecepatan operasi

yang terlalu besar.

17

2. Tenaga untuk memompa fluida sehingga terjadi fluidisasi harus besar untuk

unggun yang besar dan dalam.

3. Ukuran dan tipe partikel yang dapat digunakan dalam teknik ini terbatas.

4. Karena sifat unggun terfluidisasi yang kompleks, seringkali terjadi kesulitan

dalam mengubah skala kecil menjadi skala industri.

5. Adanya erosi terhadap bejana dan sistem pendingin.

6. Butiran halus akan terbawa aliran sehingga mengakibatkan hilangnya

sejumlah tertentu padatan.

18

BAB III

PELAKSANAAN PRAKTIKUM

III.1. Bahan Yang Digunakan

- Air

- Unggun Pasir

III.2. Alat Yang Dipakai

- Satu set alat fluidisasi

- Stopwatch

- Gelas ukur

- Ember

- Beaker glass

- Piknometer

- Neraca analitik

III.3. Gambar Alat

Gambar III.3.1. Susunan alat kolom fluidisasi

19

Keterangan gambar :

1. Kran atas

2. Kran bawah

3. Kran tengah

4. Bak penampung air

5. Manometer

6. Unggun pasir

7. Kolom fluidisasi

8. Tangki luapan air

9. Pompa

III.4. Variabel

III.4.1. Variabel tetap : waktu

III.4.2. Variabel berubah : putaran kran

III.5. Prosedur Percobaan

Prosedur yang harus dilakukan adalah:

1. Isi tangki penampung dengan air.

2. Mengukur tinggi unggun diam dan diameter kolom.

3. Membuka kran atas dan bawah.

4. Menyalakan pompa .

5. Membuka kran tengah sesuai variabel berapa banyak putaran.

6. Mengukur kecepatan volumetrik, pressure drop, tinggi unggun

dan fenomena unggun.

7. Mengulangi percobaan diatas sesuai variabel yang ditentukan.

8. Setelah selesai melakukan percobaan, tutup kran tengah.

9. Kemudian matikan pompa.

20

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1. Tabel Hasil Pengamatan

Tabel IV.1.1. Tabel hasil pengamatan

Percobaan Putaran

kran

Selisih

tinggi

manometer

Tinggi

unggun

(cm)

Kecepatan

laju alir

(cm3/s)

Fenomena

1. Tertutup 0 6.5 0 Pasir diam (

unggun tidak

bergerak )

2. ½ 1 7.5 42.5 Unggun bergerak

sedikit ke atas

3. 1 2.1 9 142.5 Unggun bergerak

dengan terdapat

gelembung-

gelembung pada

pasir

4. 1 ½ 2.9 11 160 Unggun bergerak

keatas semakin

cepat

5. 2 3.7 12 165 Unggun bergerak

keatas hampir

keseluruhan

21

IV.2. Tabel Hasil Perhitungan

Tabel IV.2.1. Tabel hasil perhitungan

IV.3. Grafik

a. Grafik antara Laju Alir Volumetrik ( Q ) dengan Tinggi Unggun

Bergerak

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800

2

4

6

8

10

12

14

Q ( cm3/dt )

Ting

gi U

nggu

n Be

rger

ak(

cm )

Gambar IV.3.1. Grafik Q vs. Tinggi unggun bergerak

22

b. Grafik antara NRe dengan Tinggi Unggun Bergerak

0 10 20 30 40 50 60 70 800

2

4

6

8

10

12

14

Nre

Ting

gi U

nggu

n Be

rger

ak(

cm )

Gambar IV.3.2. Grafik NRe vs. Tinggi unggun bergerak

c. Grafik antara Kecepatan Fluidisasi Minimum Perhitungan ( U mf )

dengan Tinggi Unggun Bergerak

0 5000 10000 15000 20000 2500002468

101214

Umf perhitungan ( cm/dt )

Ting

gi U

nggu

n Be

rger

ak(

cm )

Gambar IV.3.3. Grafik Umf perhi tungan vs. Tinggi unggun bergerak

d. Grafik antara Kecepatan Fluidisasi Minimum Pengamatan ( U mf )

dengan Tinggi Unggun Bergerak

0 10000000 20000000 3000000002468

101214

Umf pengamatan ( cm/dt )

Ting

gi U

nggu

n Be

rger

ak(

cm )

Gambar IV.3.4. Grafik Umf pengamatan vs. Tinggi unggun bergerak

23

e. Grafik antara Laju Alir Volumetrik ( Q ) dengan ∆P pengamatan

0 20 40 60 80 100 120 140 160 18005

101520253035404550

Q ( cm3/dt )

Perb

edaa

n Te

kana

n Pe

ngam

atan

Gambar IV.3.5. Grafik Q vs. ∆P pengamatan

f. Grafik antara Kecepatan Linier ( Vo ) dengan Tinggi Unggun

Bergerak

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.40

2

4

6

8

10

12

14

Kecepatan Linier( cm/dt )

Ting

gi U

nggu

n Be

rger

ak(

cm )

Gambar IV.3.6. Grafik Vo vs. Tinggi unggun bergerak

IV.4. Pembahasan

Pada percobaan fluidisasi yang dilakukan terdapat 5 ( lima )

perlakuan yang dilakukan pada kran tengah, yaitu putaran kran pada

saat tertutup, ½, 1, 1½, dan 2. Pada masing-masing keadaan ini

diukur tinggi perubahan unggun pasir, perubahan tekanan pada

manometer dan laju alir volumetrik yang terjadi.

Dari hasil pengamatan dan perhitungan didapatkan:

1. Pada grafik ( Gambar IV.3.1. ), dapat diketahui bahwa tinggi

unggun bergerak semakin besar dengan bertambahnya laju alir

volumetrik. Hal ini dipengaruhi oleh pengambilan volume air,

waktu, dan pengukuran tinggi unggun bergerak.

24

2. Pada grafik ( Gambar IV.3.2. ), dapat diketahui bahwa tinggi

unggun bergerak semakin besar dengan bertambahnya N Re. Hal

ini dipengaruhi laju alir linier dari masing-masing putaran kran.

3. Pada grafik ( Gambar IV.3.3. ), dapat diketahui bahwa tinggi

unggun bergerak semakin besar dengan bertambahnya kecepatan

minimum fluidisasi ( Umf ). Hal ini dipengaruhi oleh ∆P dari

perhitungan.

4. Pada grafik ( Gambar IV.3.4. ), dapat diketahui bahwa tinggi

unggun bergerak semakin besar dengan bertambahnya kecepatan

minimum fluidisasi ( Umf ). Hal ini dipengaruhi oleh ∆P dari

pengamatan.

5. Dari grafik ( Gambar IV.3.5. ), dapat diketahui bahwa ∆P

pengamatan semakin besar dengan bertambahnya laju alir

volumetrik. Hal ini dipengaruhi oleh pengambilan volume air

dan waktu pada saat percobaan.

6. Dari grafik ( Gambar IV.3.6. ), dapat diketahui bahwa Vo

pengamatan semakin besar dengan bertambahnya tinggi unggun

bergerak. Hal ini sama seperti yang terjadi pada grafik Q vs.

tinggi unggun bergerak yang sama-sama bertambah tinggi

seiring bertambahnya tinggi unggun bergerak.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

25

V.1. Kesimpulan

Adapun dari percobaan fluidisasi yang telah dilakukan, dapat

diambil kesimpulan bahwa:

1. Semakin besar putaran kran, maka kecepatan laju alir linier / laju

alir volumetriknya semakin besar pula.

2. Kecepatan laju alir linier / laju alir volumetrik dipengaruhi oleh

volume air yang terambil dan waktu pada saat percobaan.

3. Semakin besar putaran kran juga akan mengakibatkan bilangan

Reynold ( NRe ), ∆P ( perbedaan tekanan ), dan Umf ( kecepatan

minimum fluidisasi ) semakin besar pula.

4. Semakin besar laju alir volumetriknya ( Q ) maka akan

mempercepat proses terfluidisasinya unggun pasir tersebut.]

V.2. Saran

Untuk praktikum kedepannya diharapkan alat-alat kolom

fluidisasi terlebih dahulu dicek keadaannya sehingga tidak terjadi

kemacetan pada saat percobaan dikarenakan salah satu alat rusak /

tidak berfungsi dengan baik.

26