fluidisasi berez

1

Praktikum POT 1 Fluidisasi

DAFTAR ISI

BAB I. PENDAHULUAN...............................................................................2

I.1. Latar Belakang.....................................................................................2

I.2. Perumusan Masalah.............................................................................3

I.3. Objektif Masalah................................................................................3

I.4. Batasan Masalah..................................................................................4

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA......................................................................5

II.1. Fenomena Fluidisasi...........................................................................5

II.2. Jenis-jenis Fluidisasi..........................................................................10

II.3. Sifat dan Karakteristik Partikel Unggun............................................13

II.4. Kelebihan dan Kekurangan Teknik Fluidisasi...................................16

II.5. Perilaku Gelembung pada Ketinggian unggun...................................17

II.6. Sifat-sifat Perpindahan Panas Unggun Terfluidisasi..........................18

II.7. Penyimpangan dari Keadaan Ideal (Interlock)...................................19

BAB III. PERCOBAAN.....................................................................................20

III.1. Tujuan Percobaan..............................................................................20

III.2. Peralatan............................................................................................20

III.3. Prosedur Percobaan...........................................................................22

BAB IV. DATA dan PENGOLAHAN DATA....................................................24

IV.1. Data Percobaan..................................................................................24

IV.1. Pengolahan Data...............................................................................31

IV.2. Grafik................................................................................................52

BAB V. ANALISIS.............................................................................................59

BABVI. KESIMPULAN.....................................................................................70

DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................71

1


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.

Unggun terfluidisasi memiliki aplikasi yang luas karena karakteristik perpindahan

panasnya yang sangat baik. Hal ini didukung oleh berubahnya sifat dari unggun tersebut

menjadi seperti fluida sehingga perpindahan panas yang terjadi adalah secara konveksi.

Dengan demikian, partikel dan gas yang memasuki unggun terfluidisasi segera mencapai suhu

unggun dan partikel dalam unggun bersifat isotermal pada semua situasi. Keadaan isotermal

1


ini disebabkan oleh pencampuran yang merata dan area kontak yang luas antara gas dan

partikel.

Jadi, kita sebagai mahasiswa Teknik Kimia perlu mempelajari fluidisasi karena pada

proses yang berhubungan dengan katalisasi ataupun hal yang erat kaitanya dengan perlakuan

gas-solid dan liquid-solid, fluidisasi sangat diperlukan.

I.2 Tujuan Percobaan

Percobaan ini dilakukan dengan tujuan sbb:

1. Mengamati perilaku partikel unggun (bed) dengan udara mengalir ke atas.

2. Membandingkan efek penurunan (decreasing) dan peningkatan (increasing) laju alir

fluida pada perilaku partikel unggun (bed).

3. Menyelidiki hubungan antara ketinggian unggun dan pressure drop serta kaitannya

dengan laju alir atau kecepatan superfisial baik dengan atau tanpa heater.

4. Menyelidiki pengaruh kecepatan superfisial dan kedalaman kerendaman (depth

immersion) pada koefisien transfer panas suatu permukaan panas yang terendam

dalam unggun terfluidisasi.

I.3 Objektif Masalah

Masalah utama yang menjadi objektif dalam percobaan ini adalah sbb:

1. Bagaimana proses terjadinya fluidisasi pada suatu unggun (bed) dan apa saja faktor-

faktor yang mempengaruhinya?

2. Apa pengaruh laju alir fluida terhadap ketinggian unggun dan pressure drop serta

bagaimana perbandingan antara efek penurunan (decreasing) dan peningkatan

(increasing) laju alir fluida pada perilaku partikel unggun (bed)?

3. Apakah hubungan antara ketinggian unggun dan penurunan tekanan (pressure drop)?

4. Bagaimana cara menentukan laju alir udara agar diperoleh kondisi fluidisasi yang

optimum dan bagaimana perilaku partikel unggun (bed) pada berbagai jenis fluidisasi?

5. Bagaimana pengaruh kecepatan superfisial, kedalaman kerendaman, kedalaman

heater, kedalaman termokopel dan suhu heater terhadap transfer panas permukaan

panas dalam unggun terfluidisasi?

6. Bagaimana proses terjadinya transfer panas dalam unggun terfluidisasi?

1


I.4 Batasan Masalah

Percobaan ini diberi nama “Fluidisasi dan Transfer Panas dalam Unggun

Terfluidisasi” dan merupakan salah satu dari Modul Praktikum Operasi Teknik I Departemen

Gas dan Petrokimia FTUI. Percobaan dilaksanakan pada tanggal 9 Oktober 2008 di

Laboratorium Proses Operasi Teknik.

Alat yang digunakan dalam percobaan ini bernama “Fluidization And Fluid Bed Heat

Transfer Unit H692” dengan spesifikasi sebagai berikut:

Heating Element:

12.7 mm diameter x 37 mm long

Surface area 16 cm2

Granular Material:

Fused Alumina (Al2O3 putih)

Densitas 3770 kg/m3

Ukuran material 250m-320m

Bed Chamber:

Diameter Chamber : 105 mm

Luas Chamber : 8,66 x 10-3 m2

Panjang Chamber: 220 mm

Fluida:

Fluida Yang Digunakan : Udara

Densitas Fluida : 1.2 kg/m3

Dalam percobaan ini, kita akan mengamati perilaku partikel unggun (bed) dengan

udara mengalir ke atas, menyelidiki hubungan antara ketinggian unggun dan penurunan

tekanan serta menyelidiki pengaruh kecepatan superfisial dan kedalaman kerendaman (depth

of immersion) pada koefisien transfer panas suatu permukaan panas yang terendam dalam

unggun terfluidisasi. Percobaan yang dilakukan meliputi 2 jenis percobaan yaitu percobaan 1

dan percobaan 2. Percobaan 1 mencari hubungan antara ketinggian unggun, kehilangan

tekanan, dan kecepatan superfisial dan melibatkan penurunan / decreasing dan peningkatan /

increasing laju alir fluida. Percobaan 2 mencari pengaruh kecepatan superfisial dan dalamnya

perendaman pada koefisien transfer panas permukaan panas dalam unggun terfluidisasi, yang

melibatkan pengubahan suhu heater, tinggi heater, dan tinggi termokopel.

1


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 1. Fenomena fluidisasi dengan variasi laju alir gas

1

Gas in

Bed x


Fenomena fluidisasi pada sistem gas-padat juga dapat diilustrasikan pada gambar

berikut ini:

Gambar 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 3.

Gambar 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 partikel-partikel

padat mulai terekspansi. Kondisi ini ditunjukkan pada gambar 4.

Gambar 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 unggun sama atau homogen

sehingga ekspansi pada setiap partikel padatan seragam. Kondisi ini ditunjukkan pada gambar

5.

P1

P2

1


Gambar 5. Fenomena smooth or homogrnously 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 6.

Gambar 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 7.

Gambar 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 8.

1


Gambar 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 9.

Gambar 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 2 dapat

dijelaskan melalui persamaan Bernoulli dengan aliran laminer sebagai berikut, yaitu:

dan PgzF

1


Pada gambar 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 sbb:

Bila Vs meningkat, 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 Adapun hubungan x, P dan kecepatan aliran fluida

dapat dilihat pada gambar 10.

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 10. 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:

dimana: m = massa partikel

ρp = densitas partikel

Sb = luas area unggun

ρf = densitas fluida

g = percepatan gravitasi

1


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, di antaranya:

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 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. (Foust, 1959:643)

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):

1


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 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. (Foust, 1959:643)

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:

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 meningkat melalui unggun dan pecah pada

1


permukaan unggun dan akan tejadi “splashing” dimana partikel unggun akan bergerak ke

atas. Seiring dengan meningkatnya kecepatan fluida, perilaku gelembung akan bertambah

besar. (Brown, 1955:269)

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. (Foust, 1959:643)

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.

(Foust, 1959:647)

Dalam fluidisasi, karena sifat-sifat partikel padat yang menyerupai sifat fluida cair dengan

viskositas tinggi, metode pengontakan fluidisasi memiliki beberapa keuntungan dan kerugian.

II.3 Sifat dan Karakteristik 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 (Kirk Othmer,1994:141).

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

1


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 pori-

pori partikel. Skeletel adalah densitas suatu padatan jika porositasnya nol. Adapun densitas

partikel adalah berat dari suatu partikel dibagi dengan volumenya dengan menyertakan pori-

pori. 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 :

PLpggc

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 :

dimana:

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

gc = faktor gravitasi

μ = viskositas fluida

1


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.

Material yang melingkar seperti katalis dan pasir bulat memiliki nilai sphericity sebesar 0.9

atau lebih.

e. Kecepatan Fluidisasi Minimum (Umf)

Kecepatan fluidisasi minimum adalah kecepatan superficial terendah yang dibutuhkan

untuk terjadinya fluidisasi. Umf dapat dicari dengan menggunakan persamaan

Umf = [(1135.7+0.0408Ar)0.5-33.71]/(gdp)

Di mana bilangan Archimides (Ar) adalah :

Ar = gdp3(pgg/2

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.

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

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:

Dalam aliran laminer dan mengikuti Hukum Stokes:

1


Jadi, kecepatan terminal untuk partikel tunggal berbentuk bulat adalah

untuk Rep < 0.4

Dan untuk partikel besar dengan Cd = 0.43

untuk Rep > 500

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:

Uselip = U*t = Ut . f()

Kekosongan f() dari unggun yang terfluidisasi adalah fraksi mol yang terjadi oleh

gas. Fungsi t dapat dinyatakan dengan pendekatan Kozeny-Charman berikut.

f() = 0.1 2/(1-

Pendekatan lain yang digunakan untuk sistem banyak fasa yaitu korelasi Richardson-

Zaki untuk partikel tunggal dalam suspensi, yaitu:

U/Ut =n

n merupakan fungsi dari dp/D dan bilangan Re yang divariasikan dari 2.4-4.7 (Kirk Othmer,

1994:144).

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.

1


Gaya antar partikel yang berhubungan 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 ( Kirk Othmer, 1994:147). 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.

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.

1


6. Butiran halus akan terbawa aliran sehingga mengakibatkan hilangnya sejumlah

tertentu padatan.

II.5 Perilaku Gelembung pada Ketinggian unggun

II.5.1. Perilaku Gelembung

Gelembung yang lebih besar cenderung naik lebih cepat dibanding gelembung yang

kecil sehingga antar gelembung akan terjadi tumbukan dan bergabung (coalescence) dan

gelembung semakin bertambah besar. Dinding tabung juga mempengaruhi gerekan

gelembung sehingga gelembung cenderung bergerak ke arah dalam unggun.

Gelembung terjadi dalam kebanyakan unggun yang terfluidisasi dan peranannya

sangat penting karena akibat laju dari perubahan massa atau energi di antara gas dan padatan

dalam unggun. Gelembung terbentuk dalam unggun yang terfluidisasi dari ketidakstabilan

sistem 2 fasa. Pengontrolan ukuran gelembung dapat diperoleh dengan mengontrol distribusi

ukuran partikel atau dengan meningkatkan kecepatan gas.

Mengacu pada teori gelembung dua fasa dan fluidisasi, semua gas yang dibutuhkan

untuk fluidisasi minimum melewati unggun dalam proses pembentukan gelembung.

Gelembung meningkat melalui unggun dalam 2 kondisi yang berbeda. Gelembung yang

meningkat secara padat dapat terjadi pada kecepatan gas kurang dari Umf dan hal ini

memberikan kesempatan untuk gas melewati partikel unggun dan sirkuit pendek melalui

gelembung menuju ke permukaan unggun.

Kecepatan suatu gelembung yang bertambah besar melalui fluida unggun dinyatakan

dalam rumus:

Uhr = 0.71(gDb)0.5

Jika terjadi slugging, berlaku persamaan

Uhr = Uslug = 0.35(gD)0.5

Jadi kecepatan aktual peningkatan gelembung dalam unggun yang terfluidisasi

dinyatakan dengan rumus:

Ub = (U-Umf)+Ubr

II.5.2. Ketinggian unggun

Tinggi unggun dapat diplot terhadap kecepatan superficial. Untuk kecepatan

superficial tinggi permukaan berfluktuasi karena pecahnya gelembung di permukaan sehingga

ketinggian unggun hanya dapat diukur dengan perkiraan.

1


II.6 Sifat-sifat Perpindahan Panas Unggun Terfluidisasi

Unggun yang terfluidisasi oleh gelembung-gelembung tercampur dengan sangat baik

karena pertikel-partikel unggun tersirkulasi oleh gelembung udara yang naik. Akibatnya, suhu

unggun sangat seragam walaupun terdapat reaksi yang sangat eksoterm. Jika luas permukaan

tranfer panas antara gas dan unggun cukup tinggi, gas dan pertikel cepat mencapai suhu yang

sama. Laju transfer panas yang tinggi dapat diperoleh antara permukaan panas yang tercelup

di dalam unggun dengan unggunnya itu sendiri. Tiga mekanisme yang menyumbangkan

transfer panas antara unggun terfluidisasi dan permukaan adalah :

a. Untuk partikel unggun dengan diameter < 500 dan densitas < 4000 kg/m3 (kecuali paertikel

halus yang sangat kohesif), mekanisme utama adalah adanya sirkulasi antara bulk unggun

dan partikel yang berdekatan denghan permukaan panas (Particle Convective

Mechanism).

Partikel mampu mentransfer banyak panas karena mempunyai kapasitas panas pada saat

awal partikel berdekatan dengan permukaan panas, terdapat gradien suhu lokal yang

besar yaitu adanya perbedaan suhu yang besar antara bulk unggun dengan permukaan

sehingga laju perpindahan panas sangat besar. Akan tetapi, semakin lama suhu unggun

semakin mendekati suhu permukaan. Jadi untuk selang waktu tertentu laju transfer panas

semakin tinggi jika pertikel bersinggungan dengan permuikaan panas dalam recident time

yang singkat yang dapat diperoleh dengan mengatur kondisi operasi. Tetapi harus diingat

bahwa recident time yang ekstrim kecil untuk memeroleh koefisien perpindahan panas

yang paling tinggi dibatasi oleh konduktivitas panas gas dan jarak jalur transfer panas

terpendek di mana panas mengalir secara konduksi antara partikel unggun dan permukaan

panas.

b. Untuk unggun dalam ukuran atau densitas yang lebih besar, kecepatan interstisial adalah

turbulen yang berarti bahwa transfer panas konveksi melalui gas menjadi penting. Jika

transfer panas mode ini menjadi dominan maka transfer panas akan naik dengan naiknya

diameter partikel (karena makin besar partikel maka makin besar turbulensi kecepatan

interstisial).

c. Untuk suhu yang lebih tinggi akan terdapat perbedaan suhu yang sangat besar antara

unggun dan permukaan panas sehingga transfer panas secara radiasi menjadi penting.

Perpindahan kalor ke permukaan dalam sistem padat-gas koefisien perpindahan panas ke

permukaannya sangat tergantung pada kualitas fluidisasi yang terjadi (Coulson,

1968:215). Untuk menghitung koefisien perpindahan panas tersebut dapat digunakan

persamaan Dow dan Jacob berikut.

1


tc

p

ssttt dU

Ce

Ce

d

d

L

d

k

hd25,017,065,0

)1(55,0

dimana: h = koefisien perpindahan panas

k = konduktivitas termal gas

D = diameter partikel

Dt = diameter tube

L = panjang unggun

= kekosongan unggun

sdensitas padatan

densitas gas

Cs = kapasitas panas padatan

Cp = kapasitas panas gas pada tekanan konstan

viskositas gas

Uc = kecepatan superficial dalam tube kosong

II.7. Penyimpangan dari Keadaan Ideal (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 (ΔP) sesaat sebelum fluidisasi terjadi. Fenomena interlock ini dapat

dilihat pada Gambar 11, terjadi pada awal fluidisasi saat terjadi perubahan kondisi dari

unggun tetap menjadi unggun terfluidakan.

Umf

Gambar 11. Kurva karakteristik fluidisasi tidak ideal karena terjadi interlock.

1


BAB III

PERCOBAAN

III.1. Tujuan Percobaan

1. Mengamati perilaku partikel unggun (bed) ketika udara dialirkan ke dalam tabung.

2. Menganalisa pengaruh fluidisasi terhadap transfer panas.

3. Menyelidiki pengaruh kedalaman rendaman heater dan termokopel terhadap koefisien

transfer panas pada suatu permukaan panas yanh terendam dalam unggun terfluidisasi.

III.2. Peralatan

Berikut ini adalah peralatan yang digunakan untuk percobaan fluidisasi:

Gambar 12. Gambar unit fluidisasi

Alat di atas terdiri dari beberapa bagian, yaitu:

1) Bed Chamber

Pada percobaan fluidisasi ini, partikel unggun (bed) yang digunakan adalah alumina

yang diletakkan di dalam tabung vertikal yang terbuat dari kaca dengan ukuran diameter 105

mm dan tinggi 220 mm. Tabung tersebut juga dilengkapi dengan alat semacam mistar yang

terletak pada bagian dindingnya yang berfungsi untuk mengukur ketinggian bed pada saat

terjadi fluidisasi.

Pada bagian bawah tabung tersebut, terdapat ruang distribusi (distribution chamber)

dan penyuplai udara (air distributor) yang berfungsi untuk menahan partikel unggun pada

saat tidak terjadi fluidisasi. Bagian ini sudah dirancang sedemikian rupa sehingga udara yang

mengalir melewati bed akan sama di setiap tempat tanpa menyebabkan penurunan tekanan

1


berlebihan. Sedangkan bagian atas tabung terdiri atas penyaring udara, sehingga bed tidak

akan terbawa keluar oleh udara ketika terjadi fluidisasi.

2) Cylinder mounting

Bagian ini terdiri dari elemen pemanas (heater), termokopel, dan pengukur tekanan. Ketiga

alat tersebut dapat digerakan secara vertikal untuk disesuaikan dengan ketinggian bed di

dalam bed chamber.

3) Heater

Heater yang dipergunakan pada percobaan ini berbentuk silinder dengan luas permukaan

sekitar 16 cm2.

4) Variable transformer

Variabel transformer merupakan alat untuk mengontrol laju perpindahan panas dari

heater. Voltase dan juga kuat arus dari heater tersebut kemudian akan ditampilkan pada panel

display. Pada permkaan heater, terdapat dua buah termokopel yang berfungsi untuk mengukur

temperatur permukaan heater dan yang satunya lagi berfungsi untuk melindungi dari nilai

setting yang berlebih.

Temperatur dari permukaan heater, bed, serta udara masuk yang mengalir akan

ditampilkan pada panel display lainnya. Pada bagian lain terdapat dua buah manometer yang

berisi fluida untuk mengukur penurunan tekanan udara yang mengalir sebelum dan sesudah

melewati bed chamber.

5.) Bed

Partikel unggun (bed) yang digunakan dalam percobaan ini adalah alumina dengan

data-data sebagai berikut :

Pada dasarnya, jenis bed yang digunakan dapat diganti-ganti sesuai dengan kebutuhan.

Namun, karena keterbatasan ( misalnya harus melepas beberapa komponen alat), maka dalam

percobaan ini variasi bed tidak dilakukan.

1


Gambar 13. Skema sederhana peralatan fluidisasi

III.3. Prosedur Percobaan

Percobaan 1

A. Decreasing flow rate

Mengatur laju alir udara (Q = 1.7 L/s) dengan mengatur knop aliran udara.

Mencatat ketinggian bed (Hbed) yang terfluidisasi pada setiap penurunan laju alir

udara.

Mencatat perbedaan tekanan dengan mencatat perbedaan ketinggian fluida (h) yang

ada di dalam manometer pada setiap penurunan laju alir udara..

Mengurangi laju alir udara secara bertahap sehingga didapatkan variasi laju alir udara

masing – masing 1.4 L/s ; 1.2 L/s ; 1 L/s ; 0.8 L/s ; 0.6 L/s ;0, 4 L/s ; dan 0L/s.

B. Increasing flow rate

Mengatur laju alir udara (Q = 0 L/s) dengan mengatur knop aliran udara.

Mencatat ketinggian bed (Hb) yang terfluidisasi pada setiap kenaikan laju alir udara.

Mencatat perbedaan tekanan dengan mencatat perbedaan ketinggian fluida (h) yang

ada di dalam manometer pada setiap kenaikan laju alir udara.

Menaikkan laju alir udara secara bertahap sehingga didapatkan variasi laju alir udara

masing – masing 0.4 L/s ; 0.6 L/s ; 0.8 L/s ; 1 L/s ; 1.2 L/ s ; 1.4 L/s dan 1.7 L/s.

Percobaan 2-10

Percobaan 2A

a. Mengatur kedalaman termokopel (ht) = 2 cm.

b. Mengatur temperatur heater (T1) pada suhu 100 °C dan mengatur kedalaman heater =

2 cm.

c. Mengatur laju alir udara (Q = 1.7 L/s) dengan mengatur knop aliran udara.

1


d. Mencatat data – data berikut:

Temperatur bed (T2) dan temperatur udara masuk (T3) dengan cara memutar

knop temperature indicator

Ketinggian bed (Hb) yang terfluidisasi.

Voltase (V) dan kuat arus (I) yang masing – masing ditunjukkan oleh voltmeter

dan amperemeter.

Perbedaan ketinggian fluida (h) yang ada di dalam manometer.

e. Mengurangi laju alir udara secara bertahap sehingga didapatkan variasi laju alir udara

masing – masing 1.4 L/s ; 1 L/s ; 0.6 L/s ; 0, 4 L/s ; dan 0 L/s.

f. Mengulangi tahap d dan e untuk masing – masing variasi laju alir udara.

Percobaan 2A diulangi dengan mengatur variasi kedalaman termokopel. Untuk percobaan 2

B, kedalaman termokopel = 3 cm sedangkan percobaan 2 C, kedalaman termokopel = 4 cm

sementara langkah – langkah percobaan di atas tetap dilakukan.

Langkah – langkah percobaan 2 – 10, nilai kedalaman heater, temperatur heater (T1) dan

kedalaman termokopel (ht) divariasikan sebagai berikut.

Percobaan Kedalaman heater (cm) T1 (°C) Kedalaman termokopel (cm)

2

A

2 100

2

B 3

C 4

3

A

2 120

2

B 3

C 4

4

A

2 140

2

B 3

C 4

5

A

3 100

2

B 3

C 4

6

A

3 120

2

B 3

C 4

7

A

3 140

2

B 3

C 4

8

A

4 100

2

B 3

C 4

9

A

4 120

2

B 3

C 4

10

A

4 140

2

B 3

C 4

1


BAB IV

DATA dan PENGOLAHAN DATA

IV.1 Data Percobaan

Percobaan 1

Percobaan ini dilakukan untuk mengamati perilaku unggun sebelum memakai heater untuk

menganalisis pengaruh transfer panas terhadap fluidisasi.

Decreasing Flowrate

Q(L/s) ∆P (mmH2O) h bed (cm)1,7 3 13,51,6 2,9 131,4 3 12,51,2 3,3 111 3,2 9,7

0,8 3,3 8,50,6 3 5,80,4 2,8 5,80,2 2,5 5,80 2,3 5,8

Increasing Flowrate

Q(L/s) ∆P (mmH2O) h bed (cm)0 2,3 5,8

0,2 2,4 5,80,4 2,8 5,80,6 3 5,80,8 3,3 5,81 3,3 10,5

1,2 3,1 121,4 3,1 131,6 2,9 141,7 2,9 14,5

Percobaan 2-10

Percobaan ini dilakukan untuk mengetahui perilaku unggun saat memakai heater. Dari

percobaan ini kita dapat mengetahui apakah pengaruh heater terhadap peristiwa fluidisasi atau

sebaliknya fluidisasi yang akan berpengaruh terhadap transfer panas. Data-data yang

didapatkan dari percobaan adalah sebagai berikut:

Untuk semua percobaan, nilai v dan I tetap, yaitu:

1


v = 90 voltI = 1,25 A

Percobaan 2

kedalaman heater = 2 cm, T1 = 100 0C

a. kedalaman termokopel = 2 cm

Q(L/s) delta P (mmH2O) h bed (cm) T2 C T3 C1,7 2,9 14,5 33 321,6 3 14,1 34 331,2 3,2 13 34,5 330,6 3,1 5,8 35 330,4 2,8 5,8 35 330 2,2 5,8 35 33

b. kedalaman termokopel = 3 cm

Q(L/s) delta P (mmH2O) h bed (cm) T2 C T3 C1,7 2,4 14,7 36 331,6 3 14,1 36 351,2 3,2 13,2 36 350,6 3,1 5,8 37 340,4 2,8 5,8 38 340 2,2 5,8 39 34

c. kedalaman termokopel = 4 cm


Percobaan 3



Q(L/s) delta P (mmH2O) h bed (cm) T2 C T3 C1,7 2,9 15,8 46 391,6 3 15 45 391,2 3,2 13 45 380,6 3,2 5,8 47 380,4 2,3 5,8 47 380 2,2 5,8 47 37

1





Q(L/s) delta P (mmH2O) h bed (cm) T2 C T3 C1,7 2,9 16 44 371,6 2,9 14,5 43 371,2 3,1 13,5 43 370,6 3,1 5,8 42 360,4 2,7 5,8 43 370 2,2 5,8 43 36

Percobaan 4



Q(L/s) delta P (mmH2O) h bed (cm) T2 C T3 C1,7 2,9 15,9 48 391,6 3 15 47 391,2 3,2 13,5 47 390,6 3,2 5,8 49 380,4 2,7 5,8 50 380 2,2 5,8 50 37


Q(L/s) delta P (mmH2O) h bed (cm) T2 C T3 C1,7 2,9 15,5 50 391,6 3 14,9 48 391,2 3,1 13 48 390,6 3,1 5,8 50 380,4 2,7 5,8 50 390 2,1 5,8 51 38


1


Q(L/s) delta P (mmH2O) h bed (cm) T2 C T3 C1,7 2,9 15,4 48 391,6 2,9 14,3 48 391,2 3,1 13,5 47 390,6 3,1 5,8 47 390,4 2,8 5,8 47 380 2,2 5,8 47 38

Percobaan 5



Q(L/s) delta P (mmH2O) h bed (cm) T2 C T3 C1,7 2,9 15 41 371,6 2,9 14,5 41 371,2 3,1 13,2 42 360,6 3,1 5,8 43 360,4 2,8 5,8 44 360 2,1 5,8 44 35


Q(L/s) delta P (mmH2O) h bed (cm) T2 C T3 C1,7 2,8 15,2 41 361,6 2,9 14 41 371,2 3,1 13 45 360,6 3,1 5,8 48 360,4 2,8 5,8 49 350 2,2 5,8 50 35



Percobaan 6

1






Q(L/s) delta P (mmH2O) h bed (cm) T2 C T3 C1,7 2,9 16 45 381,6 3 15 45 381,2 3,1 13 45 380,6 3,1 5,8 44 370,4 2,6 5,8 44 370 2,2 5,8 45 37



Percobaan 7



Q(L/s) delta P (mmH2O) h bed (cm) T2 C T3 C1,7 2,9 16 48 391,6 3 15 47 391,2 3,2 13 48 380,6 3,1 5,8 48 380,4 2,7 5,8 49 380 2,2 5,8 49 37


1


Q(L/s) delta P (mmH2O) h bed (cm) T2 C T3 C1,7 2,9 16 49 391,6 2,9 14,5 49 391,2 3,1 13 49 390,6 3,1 5,8 49 380,4 2,7 5,8 49 380 2,1 5,8 49 38


Q(L/s) delta P (mmH2O) h bed (cm) T2 C T3 C1,7 2,9 15,7 49 391,6 2,9 14,7 48 401,2 3,1 14 48 390,6 3,1 5,8 48 390,4 2,8 5,8 48 380 2,2 5,8 48 38

Percobaan 8





Q(L/s) delta P (mmH2O) h bed (cm) T2 C T3 C1,7 2,8 15,3 42 371,6 2,9 14,2 42 371,2 3,1 13 42 370,6 3,1 5,8 42 360,4 2,8 5,8 42 360 2,2 5,8 43 36


1


Q(L/s) delta P (mmH2O) h bed (cm) T2 C T3 C1,7 2,8 15,3 42 381,6 2,9 14 42 381,2 3,1 13 42 380,6 3,1 5,8 42 370,4 2,8 5,8 44 370 2,1 5,8 45 36

Percobaan 9



Q(L/s) delta P (mmH2O) h bed (cm) T2 C T3 C1,7 2,9 16 45 391,6 2,9 15 44 391,2 3,1 13,2 45 390,6 3,1 5,8 45 380,4 2,8 5,8 45 380 2,2 5,8 45 37


Q(L/s) delta P (mmH2O) h bed (cm) T2 C T3 C1,7 2,8 16 47 381,6 2,9 15 46 391,2 3,1 13,4 45 380,6 3,1 5,8 45 380,4 2,8 5,8 45 380 2,2 5,8 45 37


Q(L/s) delta P (mmH2O) h bed (cm) T2 C T3 C1,7 2,8 16 45 381,6 2,9 15 43 381,2 3,1 14 43 380,6 3,1 5,8 43 370,4 2,7 58 43 370 2,2 5,8 44 36

Percobaan 10


1







Q(L/s) delta P (mmH2O) h bed (cm) T2 C T3 C1,7 2,9 16 49 391,6 3 15,4 48 391,2 3,1 13 48 380,6 3,1 5,8 49 380,4 2,8 5,8 49 380 2,2 5,8 49 38

1


IV.2. PENGOLAHAN DATA

Pengolahan data dilakukan dengan menggunakan rumus-rumus sebagai berikut :

Keterangan :

Q = laju alir udara

Hb = tinggi bed

H = selisih tinggi manometer

Ht = kedalaman termokopel

T1 = temperatur heater

T2 = temperatur bed

T3 = temperatur udara

A = πdL = 0.072534m2

Across = πr2 = 8.66x 10-3m2

L = panjang tabung = 220 mm

r = jari - jari tabung = 105 mm

Percobaan 1

1


Decreasing Flowrate

Q(L/s) Q(m3/s) ∆P(mmH20) ∆P(mH20) hbed(cm) hbed(m) A cross (m2) Vs (m/s)1,7 0,0017 3 0,003 13,5 0,135 0,00866 0,196301,6 0,0016 2,9 0,0029 13 0,13 0,00866 0,184761,4 0,0014 3 0,003 12,5 0,125 0,00866 0,161661,2 0,0012 3,3 0,0033 11 0,11 0,00866 0,138571 0,001 3,2 0,0032 9,7 0,097 0,00866 0,11547

0,8 0,0008 3,3 0,0033 8,5 0,085 0,00866 0,092380,6 0,0006 3 0,003 5,8 0,058 0,00866 0,069280,4 0,0004 2,8 0,0028 5,8 0,058 0,00866 0,046190,2 0,0002 2,5 0,0025 5,8 0,058 0,00866 0,023090 0 2,3 0,0023 5,8 0,058 0,00866 0,00000

Increasing Flowrate

Q(L/s)

Q(m3/s) ∆P(mmH20) ∆P(mH20) hbed(cm) hbed(m) A cross (m2) Vs (m/s)

0 0 2,3 0,0023 5,8 0,058 0,00866 0,000000,2 0,0002 2,4 0,0024 5,8 0,058 0,00866 0,023090,4 0,0004 2,8 0,0028 5,8 0,058 0,00866 0,046190,6 0,0006 3 0,003 5,8 0,058 0,00866 0,069280,8 0,0008 3,3 0,0033 5,8 0,058 0,00866 0,092381 0,001 3,3 0,0033 10,5 0,105 0,00866 0,11547

1,2 0,0012 3,1 0,0031 12 0,12 0,00866 0,138571,4 0,0014 3,1 0,0031 13 0,13 0,00866 0,161661,6 0,0016 2,9 0,0029 14 0,14 0,00866 0,184761,7 0,0017 2,9 0,0029 14,5 0,145 0,00866 0,19630

Percobaan 2



Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi

(J/s)h glass (J/m2K)

h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 2.0502 110.4498 1522.731409 12823.20167

1.6 0.00192 112.5 1.9296 110.5704 1524.394077 12823.20167

1.2 0.00144 112.5 2.1708 110.3292 1014.045827 8548.801116

0.6 0.00072 112.5 1.4472 111.0528 765.5223757 6411.600837

0.4 0.00048 112.5 0.9648 111.5352 768.8477128 6411.600837

0 0 112.5 0 112.5 775.498387 6411.600837


1


Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 6.1506 106.3494 488.7335594 4274.400558

1.6 0.00192 112.5 1.9296 110.5704 1524.394077 12823.20167

1.2 0.00144 112.5 1.4472 111.0528 1531.044751 12823.20167

0.6 0.00072 112.5 2.1708 110.3292 507.0229134 4274.400558

0.4 0.00048 112.5 1.9296 110.5704 381.0985193 3205.800419

0 0 112.5 0 112.5 310.1993548 2564.640335


Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 4.1004 108.3996 747.2330218 6411.600837

1.6 0.00192 112.5 1.9296 110.5704 1524.394077 12823.20167

1.2 0.00144 112.5 2.8944 109.6056 755.5463645 6411.600837

0.6 0.00072 112.5 1.4472 111.0528 765.5223757 6411.600837

0.4 0.00048 112.5 1.4472 111.0528 510.3482505 4274.400558

0 0 112.5 0 112.5 387.7491935 3205.800419

Percobaan 3



Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 8.2008 104.2992 359.4838283 3205.800419

1.6 0.00192 112.5 7.7184 104.7816 361.1464968 3205.800419

1.2 0.00144 112.5 8.6832 103.8168 238.5474398 2137.200279

0.6 0.00072 112.5 5.0652 107.4348 211.5949565 1831.885953

0.4 0.00048 112.5 3.8592 108.6408 187.2239226 1602.900209

0 0 112.5 0 112.5 172.3329749 1424.800186


Q m udara Daya Q udara Q h glass h

1


(mm3/s) (kg/s) (J/s) (J/s)konveksi

(J/s) (J/m2K) heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 10.251 102.249 281.9339896 2564.640335

1.6 0.00192 112.5 7.7184 104.7816 361.1464968 3205.800419

1.2 0.00144 112.5 13.0248 99.4752 152.3809524 1424.800186

0.6 0.00072 112.5 8.6832 103.8168 119.2737199 1068.60014

0.4 0.00048 112.5 6.7536 105.7464 104.1348097 915.9429767

0 0 112.5 0 112.5 103.3997849 854.8801116


Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 14.3514 98.1486 193.3056025 1831.885953

1.6 0.00192 112.5 13.5072 98.9928 194.968271 1831.885953

1.2 0.00144 112.5 17.3664 95.1336 109.2977087 1068.60014

0.6 0.00072 112.5 11.5776 100.9224 86.96128712 801.4501046

0.4 0.00048 112.5 9.648 102.852 70.89916453 641.1600837

0 0 112.5 0 112.5 70.49985336 582.8728034

Percobaan 4



Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 14.3514 98.1486 193.3056025 1831.885953

1.6 0.00192 112.5 7.7184 104.7816 361.1464968 3205.800419

1.2 0.00144 112.5 7.236 105.264 290.2473323 2564.640335

0.6 0.00072 112.5 4.3416 108.1584 248.5234511 2137.200279

0.4 0.00048 112.5 2.412 110.088 303.5486806 2564.640335

0 0 112.5 0 112.5 310.1993548 2564.640335


Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi

h glass (J/m2K)

h heater(J/m2K)

1


(J/s)

1.7 0.00204 112.5 10.251 102.249 281.9339896 2564.640335

1.6 0.00192 112.5 9.648 102.852 283.5966581 2564.640335

1.2 0.00144 112.5 7.236 105.264 290.2473323 2564.640335

0.6 0.00072 112.5 4.3416 108.1584 248.5234511 2137.200279

0.4 0.00048 112.5 2.8944 109.6056 251.8487882 2137.200279

0 0 112.5 0 112.5 221.5709677 1831.885953


Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 8.2008 104.2992 359.4838283 3205.800419

1.6 0.00192 112.5 7.7184 104.7816 361.1464968 3205.800419

1.2 0.00144 112.5 5.7888 106.7112 367.797171 3205.800419

0.6 0.00072 112.5 3.618 108.882 300.2233435 2564.640335

0.4 0.00048 112.5 3.3768 109.1232 214.9202935 1831.885953

0 0 112.5 0 112.5 172.3329749 1424.800186

Percobaan 5



Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 14.3514 98.1486 193.3056025 1831.885953

1.6 0.00192 112.5 11.5776 100.9224 231.8967657 2137.200279

1.2 0.00144 112.5 10.1304 102.3696 201.6189452 1831.885953

0.6 0.00072 112.5 6.5124 105.9876 162.3569636 1424.800186

0.4 0.00048 112.5 4.3416 108.1584 165.6823007 1424.800186

0 0 112.5 0 112.5 155.0996774 1282.320167


Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1


1.7 0.00204 112.5 14.3514 98.1486 193.3056025 1831.885953

1.6 0.00192 112.5 11.5776 100.9224 231.8967657 2137.200279

1.2 0.00144 112.5 8.6832 103.8168 238.5474398 2137.200279

0.6 0.00072 112.5 4.3416 108.1584 248.5234511 2137.200279

0.4 0.00048 112.5 3.8592 108.6408 187.2239226 1602.900209

0 0 112.5 0 112.5 155.0996774 1282.320167


Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 14.3514 98.1486 193.3056025 1831.885953

1.6 0.00192 112.5 11.5776 100.9224 231.8967657 2137.200279

1.2 0.00144 112.5 8.6832 103.8168 238.5474398 2137.200279

0.6 0.00072 112.5 4.3416 108.1584 248.5234511 2137.200279

0.4 0.00048 112.5 2.8944 109.6056 251.8487882 2137.200279

0 0 112.5 0 112.5 221.5709677 1831.885953

Percobaan 6



Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 18.4518 94.0482 144.0676097 1424.800186

1.6 0.00192 112.5 13.5072 98.9928 194.968271 1831.885953

1.2 0.00144 112.5 11.5776 100.9224 173.9225742 1602.900209

0.6 0.00072 112.5 5.7888 106.7112 183.8985855 1602.900209

0.4 0.00048 112.5 3.8592 108.6408 187.2239226 1602.900209

0 0 112.5 0 112.5 221.5709677 1831.885953


Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1


1.7 0.00204 112.5 14.3514 98.1486 193.3056025 1831.885953

1.6 0.00192 112.5 13.5072 98.9928 194.968271 1831.885953

1.2 0.00144 112.5 10.1304 102.3696 201.6189452 1831.885953

0.6 0.00072 112.5 5.0652 107.4348 211.5949565 1831.885953

0.4 0.00048 112.5 3.3768 109.1232 214.9202935 1831.885953

0 0 112.5 0 112.5 193.8745967 1602.900209


Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 14.3514 98.1486 193.3056025 1831.885953

1.6 0.00192 112.5 11.5776 100.9224 231.8967657 2137.200279

1.2 0.00144 112.5 7.236 105.264 290.2473323 2564.640335

0.6 0.00072 112.5 4.3416 108.1584 248.5234511 2137.200279

0.4 0.00048 112.5 2.8944 109.6056 251.8487882 2137.200279

0 0 112.5 0 112.5 221.5709677 1831.885953

Percobaan 7



Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 12.3012 100.1988 230.2340971 2137.200279

1.6 0.00192 112.5 9.648 102.852 283.5966581 2564.640335

1.2 0.00144 112.5 8.6832 103.8168 238.5474398 2137.200279

0.6 0.00072 112.5 5.0652 107.4348 211.5949565 1831.885953

0.4 0.00048 112.5 3.3768 109.1232 214.9202935 1831.885953

0 0 112.5 0 112.5 193.8745967 1602.900209


Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 18.4518 94.0482 144.0676097 1424.800186

1.6 0.00192 112.5 13.5072 98.9928 194.968271 1831.885953

1


1.2 0.00144 112.5 10.1304 102.3696 201.6189452 1831.885953

0.6 0.00072 112.5 5.0652 107.4348 211.5949565 1831.885953

0.4 0.00048 112.5 3.3768 109.1232 214.9202935 1831.885953

0 0 112.5 0 112.5 193.8745967 1602.900209


Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 14.3514 98.1486 193.3056025 1831.885953

1.6 0.00192 112.5 9.648 102.852 283.5966581 2564.640335

1.2 0.00144 112.5 7.236 105.264 290.2473323 2564.640335

0.6 0.00072 112.5 4.3416 108.1584 248.5234511 2137.200279

0.4 0.00048 112.5 2.8944 109.6056 251.8487882 2137.200279

0 0 112.5 0 112.5 193.8745967 1602.900209

Percobaan 8



Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 18.4518 94.0482 144.0676097 1424.800186

1.6 0.00192 112.5 15.4368 97.0632 167.2719001 1602.900209

1.2 0.00144 112.5 11.5776 100.9224 173.9225742 1602.900209

0.6 0.00072 112.5 7.9596 104.5404 131.0236955 1165.745607

0.4 0.00048 112.5 5.7888 106.7112 122.599057 1068.60014

0 0 112.5 0 112.5 119.3074441 986.4001288


Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 22.5522 89.9478 112.7343415 1165.745607

1.6 0.00192 112.5 17.3664 95.1336 145.7302782 1424.800186

1.2 0.00144 112.5 13.0248 99.4752 152.3809524 1424.800186

1


0.6 0.00072 112.5 8.6832 103.8168 119.2737199 1068.60014

0.4 0.00048 112.5 5.3064 107.1936 134.3490326 1165.745607

0 0 112.5 0 112.5 119.3074441 986.4001288


Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 18.4518 94.0482 144.0676097 1424.800186

1.6 0.00192 112.5 17.3664 95.1336 145.7302782 1424.800186

1.2 0.00144 112.5 11.5776 100.9224 173.9225742 1602.900209

0.6 0.00072 112.5 5.7888 106.7112 183.8985855 1602.900209

0.4 0.00048 112.5 4.3416 108.1584 165.6823007 1424.800186

0 0 112.5 0 112.5 172.3329749 1424.800186Percobaan 9



Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 18.4518 94.0482 144.0676097 1424.800186

1.6 0.00192 112.5 15.4368 97.0632 167.2719001 1602.900209

1.2 0.00144 112.5 14.472 98.028 135.1476549 1282.320167

0.6 0.00072 112.5 7.236 105.264 145.1236661 1282.320167

0.4 0.00048 112.5 5.3064 107.1936 134.3490326 1165.745607

0 0 112.5 0 112.5 129.2497312 1068.60014


Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 20.502 91.998 126.8343122 1282.320167

1.6 0.00192 112.5 19.296 93.204 128.4969807 1282.320167

1.2 0.00144 112.5 14.472 98.028 135.1476549 1282.320167

0.6 0.00072 112.5 7.9596 104.5404 131.0236955 1165.745607

1


0.4 0.00048 112.5 5.3064 107.1936 134.3490326 1165.745607

0 0 112.5 0 112.5 140.9997067 1165.745607


Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 20.502 91.998 126.8343122 1282.320167

1.6 0.00192 112.5 15.4368 97.0632 167.2719001 1602.900209

1.2 0.00144 112.5 13.0248 99.4752 152.3809524 1424.800186

0.6 0.00072 112.5 6.5124 105.9876 162.3569636 1424.800186

0.4 0.00048 112.5 4.824 107.676 148.4490032 1282.320167

0 0 112.5 0 112.5 155.0996774 1282.320167

Percobaan 10



Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 18.4518 94.0482 144.0676097 1424.800186

1.6 0.00192 112.5 15.4368 97.0632 167.2719001 1602.900209

1.2 0.00144 112.5 14.472 98.028 135.1476549 1282.320167

0.6 0.00072 112.5 7.236 105.264 145.1236661 1282.320167

0.4 0.00048 112.5 4.824 107.676 148.4490032 1282.320167

0 0 112.5 0 112.5 155.0996774 1282.320167


Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 20.502 91.998 126.8343122 1282.320167

1.6 0.00192 112.5 19.296 93.204 128.4969807 1282.320167

1.2 0.00144 112.5 13.0248 99.4752 152.3809524 1424.800186

0.6 0.00072 112.5 7.236 105.264 145.1236661 1282.320167

1


0.4 0.00048 112.5 5.3064 107.1936 134.3490326 1165.745607

0 0 112.5 0 112.5 129.2497312 1068.60014


Q (mm3/s)

m udara (kg/s)

Daya (J/s)

Q udara (J/s)

Q konveksi


h heater(J/m2K)

1.7 0.00204 112.5 20.502 91.998 126.8343122 1282.320167

1.6 0.00192 112.5 17.3664 95.1336 145.7302782 1424.800186

1.2 0.00144 112.5 14.472 98.028 135.1476549 1282.320167

0.6 0.00072 112.5 7.9596 104.5404 131.0236955 1165.745607

0.4 0.00048 112.5 5.3064 107.1936 134.3490326 1165.745607

0 0 112.5 0 112.5 140.9997067 1165.745607

1


Q konveksi, Q udara, h glass, dan h heater untuk masing-masing variasi suhu dan kedalaman heater.

Theater = 1000C dan kedalaman heater = 2 cm

Q (mm3/s)

Termokopel (cm) H bed

H bed rata-rata

ΔP (mmH2O) ΔP rata-rata q konveksi

q konveksi rata2 h glass

h glass rata2 h heater

h heater rata2

1.70

2.00 14.50

14.47

2.90

2.73

110.45

108.40

1522.73

919.57

12823.20

7836.403.00 14.70 2.40 106.35 488.73 4274.404.00 14.20 2.90 108.40 747.23 6411.60

1.60

2.00 14.10

13.93

3.00

3.00

110.57

110.57

1524.39

1524.39

12823.20

12823.203.00 14.10 3.00 110.57 1524.39 12823.204.00 13.60 3.00 110.57 1524.39 12823.20

1.20

2.00 13.00

12.83

3.20

3.20

110.33

110.33

1014.05

1100.21

8548.80

9261.203.00 13.20 3.20 111.05 1531.04 12823.204.00 12.30 3.20 109.61 755.55 6411.60

0.60

2.00 5.80

5.80

3.10

3.10

111.05

110.81

765.52

679.36

6411.60

5699.203.00 5.80 3.10 110.33 507.02 4274.404.00 5.80 3.10 111.05 765.52 6411.60

0.40

2.00 5.80

5.80

2.80

2.80

111.54

111.05

768.85

553.43

6411.60

4630.603.00 5.80 2.80 110.57 381.10 3205.804.00 5.80 2.80 111.05 510.35 4274.40

0.00

2.00 5.80

5.80

2.20

2.20

112.50

112.50

775.50

491.15

6411.60

4060.683.00 5.80 2.20 112.50 310.20 2564.644.00 5.80 2.20 112.50 387.75 3205.80

1



Q (mm3/s) Termokopel H bed

H bed rata-rata ΔP ΔP rata-rata q konveksi



h heater rata2

1.70

2.00 15.80

15.80

2.90

2.90

98.15

98.15

193.31

193.31

1831.89

1831.893.00 15.60 2.90 98.15 193.31 1831.894.00 16.00 2.90 98.15 193.31 1831.89

1.60

2.00 15.00

14.83

3.00

2.97

100.92

100.92

231.90

231.90

2137.20

2137.203.00 15.00 3.00 100.92 231.90 2137.204.00 14.50 2.90 100.92 231.90 2137.20

1.20

2.00 13.00

13.50

3.20

3.13

102.37

103.33

201.62

226.24

1831.89

2035.433.00 14.00 3.10 103.82 238.55 2137.204.00 13.50 3.10 103.82 238.55 2137.20

0.60

2.00 5.80

5.80

3.20

3.13

105.99

107.43

162.36

219.80

1424.80

1899.733.00 5.80 3.10 108.16 248.52 2137.204.00 5.80 3.10 108.16 248.52 2137.20

0.40

2.00 5.80

5.80

2.30

2.57

108.16

108.80

165.68

201.59

1424.80

1721.633.00 5.80 2.70 108.64 187.22 1602.904.00 5.80 2.70 109.61 251.85 2137.20

0.00

2.00 5.80

5.80

2.20

2.17

112.50

112.50

155.10

177.26

1282.32

1465.513.00 5.80 2.10 112.50 155.10 1282.324.00 5.80 2.20 112.50 221.57 1831.89

1







h heater rata2

1.70

2.00 15.90

15.60

2.90

2.90

94.05

92.68

144.07

133.62

1424.80

1338.453.00 15.50 2.90 89.95 112.73 1165.754.00 15.40 2.90 94.05 144.07 1424.80

1.60

2.00 15.00

14.73

3.00

2.97

97.06

95.78

167.27

152.91

1602.90

1484.173.00 14.90 3.00 95.13 145.73 1424.804.00 14.30 2.90 95.13 145.73 1424.80

1.20

2.00 13.50

13.33

3.20

3.13

100.92

100.44

173.92

166.74

1602.90

1543.533.00 13.00 3.10 99.48 152.38 1424.804.00 13.50 3.10 100.92 173.92 1602.90

0.60

2.00 5.80

5.80

3.20

3.13

104.54

105.02

131.02

144.73

1165.75

1279.083.00 5.80 3.10 103.82 119.27 1068.604.00 5.80 3.10 106.71 183.90 1602.90

0.40

2.00 5.80

5.80

2.70

2.73

106.71

107.35

122.60

140.88

1068.60

1219.723.00 5.80 2.70 107.19 134.35 1165.754.00 5.80 2.80 108.16 165.68 1424.80

0.00

2.00 5.80

5.80

2.20

2.17

112.50

112.50

119.31

136.98

986.40

1132.533.00 5.80 2.10 112.50 119.31 986.404.00 5.80 2.20 112.50 172.33 1424.80

1







h heater rata2

1.70

2.00 15.00

15.00

2.90

2.87

104.30

101.57

359.48

278.24

359.48

278.243.00 15.20 2.80 102.25 281.93 281.934.00 14.80 2.90 98.15 193.31 193.31

1.60

2.00 14.50

14.17

2.90

2.93

104.78

102.85

361.15

305.75

361.15

305.753.00 14.00 2.90 104.78 361.15 361.154.00 14.00 3.00 98.99 194.97 194.97

1.20

2.00 13.20

13.07

3.10

3.10

103.82

99.48

238.55

166.74

238.55

166.743.00 13.00 3.10 99.48 152.38 152.384.00 13.00 3.10 95.13 109.30 109.30

0.60

2.00 5.80

5.80

3.10

3.13

107.43

104.06

211.59

139.28

211.59

139.283.00 5.80 3.10 103.82 119.27 119.274.00 5.80 3.20 100.92 86.96 86.96

0.40

2.00 5.80

5.80

2.80

2.80

108.64

105.75

187.22

120.75

187.22

120.753.00 5.80 2.80 105.75 104.13 104.134.00 5.80 2.80 102.85 70.90 70.90

0.00

2.00 5.80

5.80

2.20

2.20

112.50

112.50

172.33

115.41

172.33

115.413.00 5.80 2.20 112.50 103.40 103.404.00 5.80 2.20 112.50 70.50 70.50

1







h heater rata2

1.70

2.00 15.80

15.80

2.90

2.90

94.05

96.78

144.07

176.89

1424.80

1696.193.00 16.00 2.90 98.15 193.31 1831.894.00 15.60 2.90 98.15 193.31 1831.89

1.60

2.00 15.30

15.10

3.00

3.00

98.99

99.64

194.97

207.28

1831.89

1933.663.00 15.00 3.00 98.99 194.97 1831.894.00 15.00 3.00 100.92 231.90 2137.20

1.20

2.00 13.50

13.50

3.10

3.10

100.92

102.85

173.92

221.93

1602.90

1999.813.00 13.00 3.10 102.37 201.62 1831.894.00 14.00 3.10 105.26 290.25 2564.64

0.60

2.00 5.80

5.80

3.10

3.10

106.71

107.43

183.90

214.67

1602.90

1857.333.00 5.80 3.10 107.43 211.59 1831.894.00 5.80 3.10 108.16 248.52 2137.20

0.40

2.00 5.80

5.80

2.70

2.67

108.64

109.12

187.22

218.00

1602.90

1857.333.00 5.80 2.60 109.12 214.92 1831.894.00 5.80 2.70 109.61 251.85 2137.20

0.00

2.00 5.80

5.80

2.20

2.20

112.50

112.50

221.57

212.34

1831.89

1755.563.00 5.80 2.20 112.50 193.87 1602.904.00 5.80 2.20 112.50 221.57 1831.89

1







h heater rata2

1.70

2.00 16.00

15.90

2.90

2.90

94.05

92.68

144.07

132.58

1424.80

1329.813.00 16.00 2.90 92.00 126.83 1282.324.00 15.70 2.90 92.00 126.83 1282.32

1.60

2.00 15.00

14.73

3.00

2.93

97.06

95.78

167.27

154.35

1602.90

1496.043.00 14.50 2.90 93.20 128.50 1282.324.00 14.70 2.90 97.06 167.27 1602.90

1.20

2.00 13.00

13.33

3.20

3.13

98.03

98.51

135.15

140.89

1282.32

1329.813.00 13.00 3.10 98.03 135.15 1282.324.00 14.00 3.10 99.48 152.38 1424.80

0.60

2.00 5.80

5.80

3.10

3.10

105.26

105.26

145.12

146.17

1282.32

1290.963.00 5.80 3.10 104.54 131.02 1165.754.00 5.80 3.10 105.99 162.36 1424.80

0.40

2.00 5.80

5.80

2.70

2.73

107.19

107.35

134.35

139.05

1165.75

1204.603.00 5.80 2.70 107.19 134.35 1165.754.00 5.80 2.80 107.68 148.45 1282.32

0.00

2.00 5.80

5.80

2.20

2.17

112.50

112.50

129.25

141.78

1068.60

1172.223.00 5.80 2.10 112.50 141.00 1165.754.00 5.80 2.20 112.50 155.10 1282.32

1







h heater rata2

1.70

2.00 15.30

15.30

2.90

2.83

98.15

101.57

193.31

278.24

1831.89

2534.113.00 15.30 2.80 102.25 281.93 2564.644.00 15.30 2.80 104.30 359.48 3205.80

1.60

2.00 14.40

14.20

2.90

2.90

104.78

104.14

361.15

335.30

3205.80

2992.083.00 14.20 2.90 102.85 283.60 2564.644.00 14.00 2.90 104.78 361.15 3205.80

1.20

2.00 13.30

13.10

3.10

3.10

105.26

105.75

290.25

316.10

2564.64

2778.363.00 13.00 3.10 105.26 290.25 2564.644.00 13.00 3.10 106.71 367.80 3205.80

0.60

2.00 5.80

5.80

3.10

3.10

108.16

108.40

248.52

265.76

2137.20

2279.683.00 5.80 3.10 108.16 248.52 2137.204.00 5.80 3.10 108.88 300.22 2564.64

0.40

2.00 5.80

5.80

2.80

2.80

110.09

109.61

303.55

256.77

2564.64

2177.913.00 5.80 2.80 109.61 251.85 2137.204.00 5.80 2.80 109.12 214.92 1831.89

0.00

2.00 5.80

5.80

2.20

2.20

112.50

112.50

310.20

234.70

2564.64

1940.443.00 5.80 2.20 112.50 221.57 1831.894.00 5.80 2.20 112.50 172.33 1424.80

1







h heater rata2

1.70

2.00 16.00

16.00

2.90

2.83

100.20

97.47

230.23

189.20

2137.20

1797.963.00 16.00 2.80 94.05 144.07 1424.804.00 16.00 2.80 98.15 193.31 1831.89

1.60

2.00 15.00

15.00

2.90

2.90

102.85

101.57

283.60

254.05

2564.64

2320.393.00 15.00 2.90 98.99 194.97 1831.894.00 15.00 2.90 102.85 283.60 2564.64

1.20

2.00 13.20

13.53

3.10

3.10

103.82

103.82

238.55

243.47

2137.20

2177.913.00 13.40 3.10 102.37 201.62 1831.894.00 14.00 3.10 105.26 290.25 2564.64

0.60

2.00 5.80

5.80

3.10

3.10

107.43

107.68

211.59

223.90

1831.89

1933.663.00 5.80 3.10 107.43 211.59 1831.894.00 5.80 3.10 108.16 248.52 2137.20

0.40

2.00 5.80

5.80

2.80

2.77

109.12

109.28

214.92

227.23

1831.89

1933.663.00 5.80 2.80 109.12 214.92 1831.894.00 5.80 2.70 109.61 251.85 2137.20

0.00

2.00 5.80

5.80

2.20

2.20

112.50

112.50

193.87

193.87

1602.90

1602.903.00 5.80 2.20 112.50 193.87 1602.904.00 5.80 2.20 112.50 193.87 1602.90

1







h heater rata2

1.70

2.00 15.50

15.67

2.90

2.90

94.05

92.68

144.07

132.58

1424.80

1329.813.00 15.50 2.90 92.00 126.83 1282.324.00 16.00 2.90 92.00 126.83 1282.32

1.60

2.00 14.70

14.93

2.90

2.93

97.06

95.13

167.27

147.17

1602.90

1436.673.00 14.70 2.90 93.20 128.50 1282.324.00 15.40 3.00 95.13 145.73 1424.80

1.20

2.00 13.50

13.00

3.20

3.17

98.03

98.51

135.15

140.89

1282.32

1329.813.00 12.50 3.20 99.48 152.38 1424.804.00 13.00 3.10 98.03 135.15 1282.32

0.60

2.00 5.80

5.80

3.10

3.10

105.26

105.02

145.12

140.42

1282.32

1243.463.00 5.80 3.10 105.26 145.12 1282.324.00 5.80 3.10 104.54 131.02 1165.75

0.40

2.00 5.80

5.80

2.70

2.73

107.68

107.35

148.45

139.05

1282.32

1204.603.00 5.80 2.70 107.19 134.35 1165.754.00 5.80 2.80 107.19 134.35 1165.75

0.00

2.00 5.80

5.80

2.20

2.17

112.50

112.50

155.10

141.78

1282.32

1172.223.00 5.80 2.10 112.50 129.25 1068.604.00 5.80 2.20 112.50 141.00 1165.75

71


IV.3. GRAFIK

Percobaan 1

71


Percobaan 2

Grafik Q vs H bed

71


Grafik Q vs ∆P

Grafik Q vs h glass

71


Grafik Q vs h Heater

Grafik Q konveksi vs h Heater

71


Grafik Q konveksi vs h Heater T 100oC


71



Grafik Q konveksi terhadap h heater pada kedalaman heater 2 cm

71




71


BAB V

ANALISIS

Pada percobaan ini, kita menggunakan Al2O3 sebagai bed (partikel unggun) dan udara

sebagai fluidanya. Pada keadaan diam (tidak dialiri udara), partikel bed diam, rapat dan

memiliki gaya tarik yang besar antar partikelnya. Saat partikel bed tersebut dialiri udara,

partikel bed tersebut bergerak membentuk gelombang seperti unggun. Aliran udara tersebut

menimbulkan gaya seret (drag force) yang besar antara partikel bed sehingga gaya antar

partikel tersebut menghilang dan menyebabkan partikel bed bergerak-gerak.

Pada suatu fluida, biasanya jika dialiri udara maka akan membentuk gelembung-

gelembung udara yang tersebar merata pada fuida tersebut. Akan tetapi, ketika partikel bed

(unggun) dialiri udara, gelembung hanya terjadi pada bagian atas unggun. Hal ini terjadi

karena partikel bed memiliki ukuran yang berbeda-beda, dimana partikel dengan ukuran yang

lebih kecil memiliki kecenderungan untuk terseret oleh aliran udara dan membentuk

gelembung. Semakin besar aliran udara maka gelembung yang terbentuk akan semakin besar

karena semakin banyak udara yang menyeret partikel bed untuk membentuk gelembung.

Dari terbentuknya gelembung yang tidak merata di setiap bagian fluida, maka dapat

dikatakan bahwa fluidisasi yang terjadi tidak sempurna.

Pada pecobaan ini kita melakukan dua percobaan. Tujuan percobaan pertama adalah

untuk menentukan perilaku unggun (∆p dan hbed) dengan menggunakan variasi laju alir.

Tujuan dari percobaan kedua adalah untuk menentukan perilaku unggun pada saat pemakaian

heater dengan variasi laju alir serta kedalaman kerendaman (tinggi termokopel dan tinggi

heater). Pembahasan lebih lanjut mengenai pengaruh laju alir terhadap perilaku unggun akan

dibahas pada bagian berikut ini.

Percobaan 1

Hubungan Laju Alir Udara dengan Pressure Drop

Untuk menentukan hubungan laju alir udara dan pressure drop, kita perlu mengetahui

arti kecepatan superfisial. Kecepatan superfisial (Vs) ialah laju alir fluida (dalam hal ini

udara) pada tabung yang kosong. Secara umum, kecepatan superfisial berbanding lurus

dengan laju alir fluida yang digunakan karena nilainya merupakan hasil pembagian laju alir

fluida terhadap luas permukaan melintang (Vs = Q/A) yang dapat juga dinyatakan sebagai:

71


dimana : Q = laju alir udara (m3/s)

T2 = suhu bed (oC)

Sb = 8,66 . 10-3 m2

T3 = suhu udara (oC)

Vs = kecepatan superfisial

Pressure drop dipengaruhi oleh laju alir udara. Hal ini ditunjukkan oleh persamaan

Bernoulli berikut:

Persamaan ini dibuat dengan menganggap ∆V2/2 diabaikan karena nilainya sangat kecil.

Dengan mengalikan persamaan di atas dengan lalu mengabaikan nilai karena fluida

yang digunakan adalah udara sehingga nilainya sangat kecil, maka diperoleh bahwa pressure

drop berbanding lurus dengan laju alir volumetrik (Q). Dalam hal ini, F pada persamaan di

atas menyatakan friksi (gaya gesek) oleh laju alir laminar sehingga nilainya yang dikalikan

dengan merupakan laju alir volumetrik.

Hal ini berarti bahwa laju alir udara berbanding lurus dengan pressure drop. Bila laju

alir udara meningkat, pressure drop dalam bed juga akan semakin meningkat sesuai dengan

peningkatan gaya gesek oleh aliran fluida. Hal ini akan berlangsung terus sampai unggun

mengembang. Jika kecepatan superfisial semakin meningkat maka unggun akan

mengembang semakin tinggi pula. Laju alir yang semakin tinggi akan memperbesar rongga

udara yang ada di dalam unggun yang artinya unggun akan semakin tinggi.

Laju alir udara berbanding lurus dengan kecepatan superfisial sehingga dapat

disimpulkan tinggi unggun berbanding lurus dengan kecepatan superfisial pada saat telah

terjadi fluidisasi. Apabila unggun telah mencapai tinggi maksimum terfluidisasi maka

pressure drop menjadi konstan karena sudah terbentuk rongga dalam unggun akibat peristiwa

fluidisasi tersebut dimana pressure drop tersebut akan cenderung konstan setelah mencapai

laju alir tertentu. Hal ini disebabkan karena gaya seret udara sudah mencukupi atau sudah

mengimbangi gaya berat partikel. Pada percobaan ini terdapat udara yang terperangkap

diantara partikel bed (nilai voidage, ε, bernilai besar).

71


Dari data percobaan, terlihat bahwa pressure drop sebelum bed terfluidisasi

(ditunjukkan dengan bed yang bersifat fixed/belum bergerak di mana tinggi bed pada kondisi

ini bernilai tetap 5,8 cm) akan terus meningkat seiring dengan peningkatan laju alir udara

sesuai hubungan persamaan Bernoulli. Peningkatan pressure drop disebabkan oleh sifat bed

yang masih berupa padatan yang cenderung menaikkan pressure drop seiring dengan

kenaikan laju alir udara. Hal ini disebabkan oleh gaya seret yang terjadi belum mampu

mengimbangi besarnya gaya gravitasi sehingga yang terjadi adalah peningkatan pressure

drop.

Pada saat unggun sudah terfluidisasi, pressure drop akan bernilai konstan. Laju alir

yang semakin besar akan diimbangi dengan porositas yang semakin besar. Akan tetapi, dalam

percobaan ini kita tidak memperoleh pressure drop yang benar-benar konstan. Hal ini dapat

disebabkan oleh beberapa hal, di antaranya adalah kesalahan paralaks dalam membaca

pressure drop atau mengatur laju alir. Selain itu, dapat juga disebabkan oleh proses fluidisasi

yang dialami partikel bed belum merata sehingga terjadi penurunan pressure drop akibat

semakin melebarnya rongga antar partikel.

Analisa Grafik Hubungan Laju Alir Udara dan Pressure Drop pada Bed tanpa Heater

Dari grafik laju alir vs pressure drop, terlihat bahwa laju alir udara dan pressure drop

berbanding lurus pada saat bed belum terfluidisasi (laju alir udara rendah). Keadaan ini terus

berlangsung sampai titik tertentu di mana pressure drop akan konstan, yaitu saat bed sudah

terfluidisasi (laju alir udara yang lebih tinggi).

Dalam grafik ini, ada 2 series, yaitu untuk pengaliran udara dengan laju alir yang

dinaikkan (increasing) dan diturunkan (decreasing) pada rentang 0 – 0,0017 m3/s. Perlakuan

increasing dan decreasing ini bertujuan untuk melihat perbandingan karakteristik bed pada

dua kondisi tersebut. Dari grafik yang diperolah, terlihat bahwa karakteristik bed untuk kedua

jenis perlakuan tersebut hampir sama sehingga dapat disimpulkan bahwa perlakuan tersebut

tidak ada pengaruhnya.

Analisa Grafik Hubungan Vs dan Pressure Drop pada Bed tanpa Heater

Dari grafik Vs vs pressure drop, terlihat bahwa grafik yang terbentuk menyerupai

grafik laju alir vs pressure drop. Hal ini berarti laju alir dan Vs sebanding, sesuai dengan

analisa di atas.

71


Hubungan Laju Alir Udara dengan Tinggi Bed

Saat udara dialiri ke dalam bed, maka akan timbul gelembung-gelembung dalam bed

yang mengakibatkan bed terfluidisasi. Gelembung-gelembung ini menyebabkan ketinggian

bed bertambah. Ketinggian bed yang terjadi tidak sama rata untuk setiap bagian bed. Hal ini

disebabkan karena partikel bed memiliki ukuran yang berbeda-beda, dimana partikel dengan

ukuran yang lebih kecil memiliki kecenderungan untuk terseret oleh aliran udara dan

membentuk gelembung. Oleh karena itu, dalam pengukuran tinggi bed digunakan ketinggian

bed rata-rata yang terjadi. Semakin besar laju alir udara maka semakin banyak dan besar

gelembung yang terbentuk sehingga ketinggian bed juga semakin besar dan permukaan bed

menjadi semakin berfluktuasi.

Semakin besar laju alir udara maka ketingian partikel bed juga akan meningkat.

Naiknya partikel bed disebabkan karena partikel bed akan terseret oleh gaya seret (drag

force) dari udara yang menyebabkan gaya berat partikel dan gaya kohesi dari partikel akan

mengecil. Gaya berat partikel bed dan gaya kohesi antar partikel bed disebut tahanan bed.

Jika tahanan bed ini makin mengecil dan hilang maka ketinggian bed akan konstan (bed tidak

menunjukkan kenaikkan ketinggian lagi). Untuk keadaan sebelum terfluidisasi, ketinggian

bed tetap karena gaya seret oleh fluida belum mampu mengimbangi gaya berat partikel

sehingga partikel tetap berada dalam posisinya dan udara hanya mengalir melewati rongga-

rongga kosong antar partikel. Kondisi ini disebut sebagai fixed bed.

Analisa Grafik Hubungan Laju Alir Udara dengan Ketinggian Bed tanpa menggunakan heater

Pada grafik Q vs tinggi bed dapat diketahui bahwa ketinggian bed konstan untuk laju

alir 0 – 0.0006 m3/s. Hal ini berarti gaya seret udara belum mampu menaikkan dan

mengangkat partikel bed. Setelah melewati nilai laju alir Q = 0.0006 m3/s, partikel bed mulai

menunjukkan adanya kenaikan tinggi bed dimana kenaikan tinggi bed yang cukup signifikan

dapat terlihat ketika Q = 0.0008 m3/s. Hal ini berarti bahwa gaya seret udara sudah melebihi

gaya berat partikel. Ketika laju alir Q diperbesar lagi, partikel bed akan semakin naik seiring

dengan semakin besarnya rongga udara dan ketinggian bed meningkat.

Pada suatu saat, ketinggian bed dapat menjadi konstan. Hal ini terjadi ketika laju alir

udara Q sangat tinggi. Namun, pada percobaan ini hal tersebut tidak terjadi karena laju

alirnya belum cukup besar . Secara umum, ketinggian bed menjadi konstan saat tahanan bed

sudah tidak ada lagi. Hal ini terlihat pada perilaku partikel bed, yaitu gelembung yang

terbentuk akan pecah (tidak membesar lagi).

\

71


Hubungan Antara Ketinggian Unggun dan Kecepatan Superfisial

Pada laju alir udara yang rendah, ketinggian unggun tidak berubah sebab gaya seret

udara belum mampu mengimbangi gaya berat partikel bed. Akibatnya, bed berada dalam

kondisi fixed bed. Seiring dengan meningkatnya kecepatan superfisial, nilai pressure drop

akan semakin besar karena semakin besarnya gaya gesekan antara partikel udara dengan

partikel-partikel bed. Hal tersebut akan terus berlangsung hingga bed terfluidisasi dan

diperoleh nilai pressure drop yang konstan meskipun kecepatan superfisial terus dinaikkan.

Walaupun pressure dropnya konstan, tinggi bed akan terus meningkat karena terjadinya

penurunan tahanan bed dan peningkatan jarak antar partikel serta timbulnya rongga-rongga

udara yang semakin besar.

Bubbling juga mempengaruhi peningkatan tinggi bed di mana timbulnya gelembung

yang lebih banyak akan mengakibatkan permukaan semakin berfluktuasi. Dari sini, dapat

dikatakan bahwa ketinggian bed berbanding lurus dengan kecepatan aliran udara untuk

kondisi bed terfluidisasi. Karena kecepatan superfisial berbanding lurus dengan laju alir

udara, maka dapat disimpulkan bahwa ketinggian bed juga berbanding lurus dengan

kecepatan superfisial.

Hubungan Ketinggian Unggun dan Pressure Drop

Secara teoritis, hubungan antara ketinggian bed dan pressure drop dapat dilihat pada

gambar 10 bagian tinjauan pustaka. Dari grafik terlihat bahwa saat pressure drop naik,

ketinggian bed konstan. Hal tersebut sesuai dengan hasil percobaan yang disebabkan belum

terjadinya fluidisasi. Setelah terjadi fluidisasi, pressure drop akan menjadi konstan dan

ketinggian bed meningkat. Hal ini disebabkan gaya seret fluida sudah lebih besar daripada

gaya berat bed di mana nilainya akan terus meningkat dan mengakibatkan bed semakin tidak

mampu menahan dirinya pada posisinya dan tinggi bed semakin tinggi.

Akan tetapi, dalam percobaan ini diperoleh bahwa saat fluidisasi sudah tercapai tetap

terjadi penurunan pressure drop seiring dengan meningkatnya ketinggian bed. Hal ini

disebabkan proses fluidisasi yang dialami oleh partikel bed belum terjadi secara merata

sehingga terjadi penurunan pressure drop akibat semakin melebarnya rongga antar partikel.

Di samping itu, kondisi bubbling (yang disebabkan perbedaan densitas yang besar antara

padatan dan gas) juga mengakibatkan ketidakstabilan berupa pembentukan gelembung yang

turut menghalangi gaya seret fluida dalam mendorong partikel bed. Selain itu, dapat juga

terjadi kesalahan paralaks ataupun kesalahan pengaturan laju alir yang mengakibatkan

terjadinya kesalahan dalam pengambilan data.

71


Percobaan 2

Pada percobaan kedua ini, paktikan melakukan percobaan yang sedikit berbeda

dengan percobaan pertama. Dengan menambahkan pengaruh heater pada partikel fluidisasi,

praktikum bertujuan untuk menentukan pengaruh perbedaan kedalam heater dan suhu heater

pada partikel terfluidasasi. Prosedur yang dilakukan pun hampir sama dengan prosedur yang

dilakukan pada percobaan pertama. Pada percobaan ini juga digunakan Al2O3 sebagai bed

(partikel yang ingin difluidisasi) dan udara sebagai fluida penggerak. Bila pada percobaan

pertama dilakukan dua kali pengukuran dengan perbedaan tren dari laju alirnya, ada

pengukuran ketinggian partikel unggun dan penurunan tekanan (pressure drop) pada saat

increasing flow rate dan decreasing flow rate, pada perobaan kedua, peristiwa yang diamati

hanya pada decreasing flow rate.

Pada percobaan kedua variasi percobaan dilakukan sebanyak 27 variasi, dengan

variasi pada kedalaman heater 2cm, 3cm, dan 4 cm, kedalaman termokopel 2cm, 3cm, dan

4cm, serta suhu yang juga bervariasi, 100oC, 120oC, dan 140oC. dengan laju alir udara yang

menurun. Pada bagian sebelumnya diatas dapat dilihat table-tabel yang menunjukan hasil

percobaan yang dilakukan.

Hubungan Laju Alir Udara dengan Pressure Drop

Pada percobaan ini digunakan hubungan dengan laju alir udara saja karena hubungan

antara kecepatan superfisial dan laju alir udara berbanding lurus. Hubungannya sebagai

berikut :

,

dengan: Q = laju alir udara (m3/s)

T2 = suhu bed (oC)

Sb = 8,66 . 10-3 m2

T3 = suhu udara (oC)

U = kecepatan superfisial

Pressure drop, ∆P, dipengaruhi oleh laju alir udara. Jika laju alir udara meningkat

maka nilai ∆P akan meningkat. Pressure drop akan cenderung konstan setelah mencapai laju

alir tertentu. Hal ini disebabkan oleh gaya seret udara (drag force) sudah mencukupi/sudah

mengimbangi gaya berat partikel. Pada percobaan ini terdapat udara yang terperangkap

diantara partikel bed (nilai voidage, ε, bernilai besar).

71


Q vs ∆P

0

5

10

15

20

0 0.0005 0.001 0.0015 0.002

Q (m3/ s)

mm

H2O

decreasing flow rate

Increasing flow rate

Grafik diatas merupakan hubungan antara laju alir udara yang dialirkan ke dalam bed dengan

pressure drop yang terjadi. Dilihat dari grafik, laju alir udara dan pressure drop berbanding

lurus. Pada suatu lajur alir tertentu, nilai pressure drop akan konstan. Kondisi diatas terjadi

ketika alat fluidisasi sudah pernah dioperasikan sebelumnya.

Pada percobaan ini dilakukan pengaliran laju alir dengan cara penaikan dan

penurunan laju alir, dari 0 – 0,0017 m3/s dan sebaliknya. Hal ini dilakukan untuk

mendapatkan ketinggian awal bed yang tetap (Ho tetap). Karena sebelumnya alat fluidisasi ini

sudah pernah dioperasikan sehingga belum ada udara yang terperangkap diantara partikel bed

didalam chamber. Sehingga Ho yang didapatkan tetap.

Berikut grafik hubungan laju alir Q dengan pressure drop dengan menggunakan

heater:

71


Dari grafik diatas terlihat bahwa hubungan laju alir udara Q dengan pressure drop dengan

menggunakan heater menunjukkan profil yang sama ketika percobaan dilakukan tanpa

menggunakan heater. Hal ini menunjukkan bahwa pressure drop , ∆P, yang terjadi tidak

dipengaruhi oleh penggunaan heater.

Hubungan Laju Alir Udara dengan Tinggi Bed

Ketika udara dialirkan ke dalam bed, akan timbul gelembung-gelembung dalam bed

yang mengakibatkan bed terfluidisasi. Gelembung-gelembung ini menyebabkan ketinggian

bed bertambah. Ketinggian bed yang terjadi tidak sama rata untuk setiap bagian bed. Hal ini

disebabkan karena partikel bed memiliki ukuran yang berbeda-beda, dengan partikel yang

berukuran lebih kecil memiliki kecenderungan untuk terseret oleh aliran udara dan

membentuk gelembung. Oleh karena itu, dalam pengukuran tinggi bed digunakan ketinggian

bed rata-rata yang terjadi. Semakin besar laju alir udara maka semakin banyak dan besar

gelembung yang terbentuk sehingga ketinggian bed juga semakin besar.

Q vs H bed

0

2

4

6

8

10

12

0 0.0005 0.001 0.0015 0.002

Q (m3/ s)

H b

ed (cm

)

D ecreasing flow rate

Increasing flow rate

Semakin meningkat laju alir udara maka ketingiian partikel bed juga akan meningkat.

Naiknya partikel bed disebabkan oleh partikel bed akan terseret oleh gaya seret (drag force)

dari udara yang menyebabkan gaya berat partikel dan gaya kohesi dari partikel akan

mengecil. Gaya berat partikel bed dan gaya kohesi antar partikel bed disebut tahanan bed.

Jika tahanan bed ini makin mengecil dan hilang maka ketinggian bed akan konstan (bed tidak

menunjukkan kenaikkan ketinggian lagi).

Dapat dilihat dari grafik antara Q vs H bed diketahui bahwa H bed cenderung konstan

antara Q 0 – 0.00065 m3/s. Hal ini berarti antara laju alir sebesar itu gaya seret atau drag

force udara belum mampu untuk menaikkan dan mengangkat partikel bed. Setelah melewati

nilai laju alir Q 0.00065 m3/s, partikel bed mulai menunjukkan kenaikan. Hal ini

71


menunjukkan bahwa laju alir udara sudah melebihi gaya berat partikel. Dan ketika alju alir Q

dinaikkan lagi maka partikel bed akan semakin naik dan ketinggian bed meningkat.

Suatu ketika, ketinggian bed akan konstan. Hal ini terjadi ketika laju alir udara Q

sangat tinggi. Dalam percobaan ini digunakan laju alir sampai 0,0017 m3/s. Nilai laju alir ini

belum cukup tinggi untuk mencapai ketinggian bed konstan. Sehingga dalam percobaan ini

belum dapat terlihat ketinggian bed yang konstan akibat laju alir yang sangat tinggi. Tetapi

grafik sudah menunjukkan indikasi ke arah ketinggian bed yang konstan. Akan tetapi dalam

percobaan ini kita tidak dapat menunujukkannya karena laju alir maksimum dari alat hanya

mencapai 0,0017 m3/s. Ketinggian bed tidak dapat meningkat lagi karena tahanan bed sudah

tidak ada lagi. Jika kita melihat perilaku partikel dalam bed, gelembung yang terbentuk akan

pecah (tidak membesar lagi) atau menyebar saja dan ketinggian bed akan terlihat konstan.

Berikut grafik hubungan laju alir Q dengan ketinggian bed dengan menggunakan

heater :

Dari grafik diatas terlihat bahwa hubungan antara laju alir udara Q dengan ketinggian bed

ketika menggunakan heater menunjukkan profil yang hampir sama ketika percobaan

dilakukan tanpa menggunakan heater. Hal ini menunjukkan bahwa ketinggian bed yang

terjadi tidak dipengaruhi oleh penggunaan heater.

71


Hubungan Laju Alir Udara Q dengan Kedalaman Heater, Temperatur Heater,

terhadap Koefisien Transfer Panas

Fluidisasi terjadi ketika partikel bed dalam chamber dialiri udara. Selain itu,

terjadinya fluidisasi terjadi juga perpindahan panas pada partikel bed tersebut. Peristiwa

perpindahan panas tersebut terjadi karena adanya perbedaan temperatur antara temperatur

partikel bed dengan udara yang masuk ataupun dengan temperatur heater yang direndam

dalam partikel bed.

Sebelum terjadi fluidisasi, perpindahan panas yang terjadi dalam partikel bed tidak

merata. Perpindahan hanya terjadi pada bagian tertentu pada partikel bed (temperatur tiap

partikel tidak sama/tidak merata). Tetapi setelah partikel bed didalam chamber dialiri udara

dan terjadi fluidisasi, peristiwa perpindahan panas yang terjadi akan merata di setiap partikel

bed sehingga temperatur partikel bed menjadi homogen. Hal ini terjadi karena partikel-

partikel bed tersebar naik karena fluidisasi. Partikel-partikel bed tersebar disekeliling

chamber. Semakin banyak partikel bed yang menyebar menyebabkan perpindahan panas

dalam partikel bed menjadi merata (temperatur partikel bed menjadi sama/homogen).

Dari grafik diatas terlihat profil h heater untuk setiap kedalaman heater konstan dan variasi

temperatur heater. Pada setiap rendaman heater dilakukan variasi pada temperatur heater

sebesar 100°C, 120°C, dan 140°C didapatkan koefisien transfer panas heater akan semakin

menurun seiring dengan naiknya temperatur heater. Hal ini sesuai dengan persamaan h heater

sebagai berikut :

71


Pada percobaan ini, potensial listrik V dan arus listrik I konstan sehingga nilai V.I (=

P) konstan. Heater yang digunakan sama, sehingga Aheater konstan, sedangkan nilai

cenderung meningkat seiring dengan naiknya temperatur heater. Karena

temperatur bed tidak terlalu berbeda jauh di setiap variasi seiring dengan kenaikan temperatur

heater, maka ∆T meningkat.

Pada saat temperatur heater 100°C dilakukan variasi kedalaman heater sebesar 2, 3,

dan 4 cm.

Dari grafik terlihat bahwa semakin dalam rendaman heater koefisien transfer panas

heater cenderung akan semakin membesar. Trend membesar terlihat sangant kecil. Hal ini

disebabkan karena perbedaan temperatur bed dan temperatur udara sangat kecil (mendekati

konstan). Karena perbedaan suhu yang kecil ini, h heater juga mendekati konstan (meskipun

ada yang menunjukkan kenaikan). Hal ini sedikit menyimpang dari teori bahwa semakin

dalam heater maka temperatur bed akan semakin meningkat akibat terjadinya perpindahan

panas secara konveksi dan konduksi dari heater ke bed. Penyimpangan ini disebabkan karena

kenaikan temperatur bed ini hanya terjadi pada bed yang berada di sekitar heater, sehingga

temperatur bed tidak homo

71


BAB VI

KESIMPULAN

1. Partikel bed di dalam chamber akan mulai mengunggun ketika gaya seret udara sudah

mampu mengimbangi gaya berat partikel bed.

2. Fluidisasi yang terjadi di dalam percobaan ini adalah Bubbling Fluidization yang

terjadi secara tidak sempurna. Hal tersebut dikarenakan oleh setelah mencapai Umf, nilai

pressure drop tidak menjadi konstan melainkan menjadi turun.

3. Semakin tinggi kecepatan superfisial, maka nilai pressure drop akan semakin besar

sampai mencapai nilai maksimumnya dan akhirnya menjadi konstan. Dalam percobaan

ini, nilai pressure drop belum mencapai konstan karena laju alir yang masih kurang besar.

4. Semakin besar kecepatan superfisial, maka ketinggian bed akan menjadi konstan

sampai pada nilai kecepatan superfisial tertentu (kecepatan superfisial sama dengan Umf)

maka ketinggian bed akan naik.

5. Keberadaan heater tidak begitu mempengaruhi nilai pressure drop ketinggian bed

yang terfluidisasi. Begitu pula dengan variasi kerendaman yang dilakukan pada saat

percobaan.

6. Semakin besar laju alir udara maka turbulensi di dalam chamber akan bertambah

sehingga tranfer panas semakin merata.

7. Peristiwa fluidisasi akan mempengaruhi transfer panas. Semakin partikel bed

mengunggun, maka peristiwa transfer panas yang terjadi akan semakin merata.

71


BAB VII

DAFTAR PUSTAKA

De Nevers, Noel. Fluid Mechanics Chemical Engineering. 1951. New York : McGraw-Hill

Inc.

Perry Chemical Engineering Handbook.

W.L. McCabe, J. C. Smith and P. Harriot .1985. Unit Operations of

Chemical Engineering. McGraw Hill:New York.

Tim Penyusun. Buku Panduan Praktikum POT 1. 1989. Depok : Jurusan Teknik Gas

&Petrokimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia.

Anonim. Fluidization. http://id.wikipedia.org/wiki/fluidization. Diakses tanggal 18 Oktober

2008. 10.54 WIB.

Anonim. Fluidization. http://www.vt1.tu-harburg.de. Diakses tanggal 18 Oktober 2008. 10.54

WIB.

Anonim. Fluidization. http://www.ih.cas.cz/web_new/fluidization. Diakses tanggal 18

Oktober 2008. 10.54 WIB.

fluidisasi berez

Documents

Transcript of fluidisasi berez