PENGERING UNGGUN

(FLUIDIZED BED DRYER)

 

 

Tujuan percobaan

·        Menjalankan peralatan unit pengering fluidisasi dengan aman dan benar.

·        Menghitung banyaknya air yang terserap dalam padatan.

·        Menghitung efisiensi panas kalor dari peralatan unit pengering fluidisasi.

 

Dasar teori

            Separasi atau pemisahan komponen yang memiliki perbedaan sifat fisik ataupun kimiawi merupakan salah satu proses yang sering dijumpai pada proses teknik kimia selain pencampuran, reformasi, dan lain-lain. Pengering sistem fluidisasi unggun sebagai proses pemisahan bertujuan meningkatkan konsentrasi atau kemurnian suatu komponen yang berbentuk padatan dengan menghilangkan cairan terkandung yang bertitik didih lebih rendah. Padatan yang mempunyai titik didih lebih tinggi akan didapatkan sebagai produk akhir yang diharapkan kering, ringan tetapi mempunyai karakteristik awal. Penggunaan pemanasan biasanya adalah steam, sangat besar pengaruhnya selain rancang bangun dari peralatan sendiri. Proses ini banyak digunakan pada produk farmasi yang mementingkan sterilitas, tetapi untuk produk produk bangunan semen, bijih plastik, dan lain-lain kapasitas merupakan prioritas.

            Perhitungan perpindahan kalor, massa memerlukan pengetahuan tentang luas  area kontak fluida (udara) dengan partikel unggun, laju massa, dan kekuatan penyebab (driving force) yang biasanya berupa temperatur atau konsentrasi. Masalah yang sering dijumpai adalah penentuan titik fluidisasi yang dikategorikan optimum yaitu laju fluida dan ketingian unggun terfluidisasi tidak terlalu tinggi yang menyebabkan timbulnya dua fasa yang sangat berbeda (tidak homogen), satu fasa sinambung (kontinyu) dan tidak sinambung.

 

 

 

 

Neraca massa dalam perhitungan

Satu persamaan dari percobaan adsorpsi iso-oktana dari arus campuran uap tersebut dengan udara oleh bijih-bijih alumina. Percobaan oleh A. G. Bakhtiar dapat diterapkan pada pengeringan fluidisasi unggun dengan persaan sebagai berikut:

G_u( y - y_o ) = WF d/dt

G_u          = laju udara kering masuk (kg/dt)

                            = laju volum udara terukur (m³/dt) X volume jenis udara

            W        = massa dari padatan dalam unggun kering sebelum direndam air.

            F          = banyaknya air terserap dalam padatan (kg)

            y          = kandungan uap air dalam aliran udara masuk (keluar,y_o)

            t           = waktu operasi

Perhitungan kalor

Kalor yang dilepas oleh steam.

Di sini banyaknya kalor yang dilepas oleh kukus persatuan waktu tidak dapat ditentukan /dihitung dengan tepat dikarenakan tekanan steam yang dipakai tidak konstan sehingga katup pneumatik mengalami perubahan pembukaan sepanjang waktu tergantung keadaan udara masuk. Begitu juga temperatur steam masuk tidak tidak dapat ditentukan dengan tepat.

Kalor dilepas kukus = Kalor ( kukus awal + kondensasi – kondensat sisa – kukus sisa ).

                        Q1    = m₁h_g + m₂h_fg – m₂h_f – m₃h_g

Dengan :

h_g         =  energi dalam kukus pada temperatur kukus sisa keluar

h_f          =  energi dalam kondensat pada temperatur kondensat keluar

h_fg         =  kalor laten kondensasi kukus pada temperatur kondensasi

m₁        =  laju massa kukus terpakai dalam kg/jam

m₂        =  laju massa kondensat saja dalam kg/jam

m₃        =  laju massa kukus tidak terpakai dalam kg/jam [m₁-m₂]

Asumsi:

Kondisi awal steam tidak mengalami kondensasi.

Kondisi akhir steam terkondensasi semua menjadi kondensat.

                                                                                                                                   

Perubahan kalor (enthalpi) udara/gas dalam poses

            Gas masuk keperalatan dengan U1 (laju udara masuk), dan RH tertentu , yang akan didapatkan H (enthalpi), kalor lembab, v (volume jenis), S (kalor spesifik, Cp) dan kalor laten tertentu. Setelah mengalami pemanasan pada penukar panas maka nilai – nilai parameter tersebut akan berubah sesuai dengan grafik phsycometric chart dengan mengubah salah satu sumbu titik potong yaitu temperatur kering /temperatur diset.

Sedangkan udara yang keluar peralatan juga kita dapatkan U2 (laju udara masuk), dan RH tertentu , yang akan didapatkan H (enthalpi), kalor lembab, v (volume jenis), S (kalor spesifik, Cp) dan kalor laten tertentu.

Panas yang dilepas udara unggun secara sederhana dan diasumsikan tidak ada yang hilang adalah sebagai berikut :

Kalor dilepas,Q₂ = kalor udara awal – kalor udara akhir + kalor untuk penguapan air                     (dari unggun)

Q₂  = ( U1 x H1 ) – ( U2 x H2 ) + ( U1 x  k1 )

dan laju perpindahan massa:

                       M1 = ( U2 x Y2 ) – (U1 x Y1 )

 

                       U1, U2 = Laju alir udara keringmasuk,keluar.

 

 

Peralatan  dan data spesifikasi peralatan.

Tipe                 = aeromatic MP- 01

Pemanas           = steam jenuh maks. 7 barg

Kipas udara      = kipas isap

                        = laju bvulometrik maks. 100% 360 m³/jam

                        = daya 1,5 kW, 4.500 rpm, 5.000 Pa

                        = diameter lubang masuk/keluar = 10 cm

Wadah             = acrylic container

                        = tahan temperatur 80^o C

                        = kapasitas maksimum 25 lt.

                        = diameter dalam kecil = 15 cm , diameter besar = 30 cm; tinggi =47,5 cm.

Peralatan tambahan.

Unit peralatan fuized bed dryer

Anemometer

Termometer

Humidy meter

Neraca timbangan teknis

Jangka sorong

Bahan.

Jagung.

 

 

 

Langkah kerja.

1.      Jagung ditimbang sebanyak 200 dan 300 gram.

2.      Direndam dalam air selama 2 – 3 menit dan ditiriskan.

3.      Ditimbang lagi dan dicatat temperatur awal unggun.

4.      Jagung dimasukkan ke wadah, diratakan  dan dicatat ketinggian awal (untuk mengetahui volume awal ).

5.      Wadah beserta isinya diletakkan pada penopang pada peralatan dan kabel ditancapkan 

ke panel.

Pada panel pengendali

6.      Katup udara tekan dibuka dan tekanan diatur pada 4 – 5 bar.

7.      Kabel utama dan kabel daya dihubungkan. Saklar utama diputar ke kanan (paling bawah berwarna merah).

8.      Saklar HS diputar ke 1 (on) dan interval 6 – 8.

9.      Filter dibersihkan dengan cara pembersih filter diputar ke 1 (on) atau disemprot dengan udara tekan.

10.  Panel waktu proses diatur pada 61 menit dengan cara memutar potensiometer.

11.  Pengendali temperatur diset pada temperatur 70^o C, 80^o C (tergantung instruktur). Di bagian bawah dan angka 50.00 pada tampilan SV (merah) dan tampilan PV (hijau).

12.  Katup steam dibuka pada tekanan 2 bar dengan memakai kaos tangan.

13.  Saklar s 94 diputar ke posisi heating.

14.  Pada panel waktu K36, tombol start ditekan (on) dan laju alir udara diatur dengan memutar tombol R7 biru sampai titik fluidisasi.

15.  Laju alir udara, temperatur kering dan kelembaban udara yang masuk dan keluar dicatat.

16.  Laju steam dan temperatur kondensat dicatat (asumsi temperatur steam masuk = temperatur kondensat keluar).

 

 

 

 

Penghentian proses.

¨      Katup-katup manual ditutup (menggunakan sarung tangan).

¨      Katup steam dan udara tekan ditutup.

¨      Pada panel panel pengendali, tombol R1 (putih) diputar ke cooling dan tombol waktu dihentikan.

¨      Tombol waktu K36 diputar ke 0 (hilang) dan tombol R7 (biru) diputar ke 0.

¨      Tombol pembersih filter diputar ke ke off disusul tombol HS dan BS ke off, kabel dari panel dilepas dan wadah diambil , temperatur berat unggun dan ketinggian akhir diukur.

¨      Pada panel pengendali saklar utama dimatikan .

 

Data Percobaan dan Pengolahan.

Data untuk perhitungan massa jenis jagung

Massa pikno kosong = 32.7468 gr

Massa pikno + air =55.8909 gr

ÞMassa air =23.1441 gr; massa jenis air pada suhu 27 C =996.513 kg/m³

ÞVolume pikno =23.1441 gr / 996.513 kg/ m³ = 23.225 ml

Massa pikno + air + jagung = 57.2699 gr

Þ massa jagung = 1.379 gr

Þmassa jenis jagung =1.379 gr /23.225 ml =59.4 kg/ m³

 

RUN I

Jagung 200 gr

 

Berat unggun awal	0,20006 kg	Temperatur unggun kering	23o C
Berat unggun basah	0,22855 kg	Temperatur unggun awal	23o C
Berat unggun akhir	0.19895 kg	Temperatur unggun akhir	36o C
Tinggi unggun awal	1cm	Volume unggun awal	1.766x10-4 m3
Tinggi unggun akhir	1,6 cm	Volume unggun akhir	2.286x10-4 m3
Temperatur udara diset	60o C	Diameter rata – rata unggun	4 mm
Temperatur kondensat	90 oC	Massa jenis Jagung	59.4  kg/m3
Laju massa kondensat	3,56 kg/jam

 

 

RUN II

Jagung 300 gr

 

Berat unggun awal	0,30008 kg	Temperatur unggun kering	25o C
Berat unggun basah	0,33343 kg	Temperatur unggun awal	24o C
Berat unggun akhir	0.29701 kg	Temperatur unggun akhir	45o C
Tinggi unggun awal	1.5 cm	Volume unggun awal	M3
Tinggi unggun akhir	2.3 cm	Volume unggun akhir	M3
Temperatur udara diset	70o C	Diameter rata – rata unggun	4 mm
Temperatur kondensat	95 oC	Massa jenis Jagung	59.4 kg/m3
Laju massa kondensat	3.17 kg/jam

 

 

 

RUN III

Jagung 300 gr

 

Berat unggun awal	0,30007 kg	Temperatur unggun kering	25o C
Berat unggun basah	0,33601 kg	Temperatur unggun awal	24o C
Berat unggun akhir	0.29712 kg	Temperatur unggun akhir	43o C
Tinggi unggun awal	1.5 cm	Volume unggun awal	M3
Tinggi unggun akhir	2.4 cm	Volume unggun akhir	m3
Temperatur udara diset	70o C	Diameter rata – rata unggun	4 mm
Temperatur kondensat	95 oC	Massa jenis Jagung	59.4 kg/m3
Laju massa kondensat	3.44 kg/jam

 

 

 

 

 

 

RUN IV

Jagung 300 gr

 

Berat unggun awal	0,30002 kg	Temperatur unggun kering	25o C
Berat unggun basah	0,33574 kg	Temperatur unggun awal	24o C
Berat unggun akhir	0.29784 kg	Temperatur unggun akhir	49o C
Tinggi unggun awal	1.5 cm	Volume unggun awal	m3
Tinggi unggun akhir	2.5 cm	Volume unggun akhir	m3
Temperatur udara diset	75o C	Diameter rata – rata unggun	4 mm
Temperatur kondensat	95 oC	Massa jenis Jagung	59.4 kg/m3
Laju massa kondensat	2.8 kg/jam

 

Waktu	Udara masuk						Udara keluar
menit	T oC	RH	Laju		H	v	T oC kering	RH	Laju		H	v
		%	m/s		kJ/kg uk	m/kg		%	m/s		KJ/kg uk	m/kg
0	26.3	62.2	9.3	0.01368	61.3272	0.8671	39.9	24.8	15.1	0.012355	71.9208	0.904601
15	26.8	63.3	8.6	0.01446	63.8327	0.8691	40.2	22.3	12.7	0.011339	69.6113	0.904018
30	27.3	62.1	8.8	0.0142	63.6648	0.8707	43.5	21.6	12.6	0.013375	78.2554	0.916468
45	27.4	59.8	7.4	0.01368	62.4564	0.8703	44.4	19.6	14.1	0.012728	77.5115	0.918137
60	27.4	56.8	7.8	0.01298	60.6753	0.8693	44.8	14.2	13.7	0.009412	69.3495	0.914491

 

 

Pengolahan Data

a.       Menghitung banyaknya air yang diserap unggun dan laju perpindahan massa

Jagung

t	Q	W	y	yo	y	v	Gu	F	M
(min)	(m3/min)	(kg)	kg/kg uk	kg/kg uk	kg/kg uk	m3/kg	kg/min	kg	kg/min
0	0.87	0.26	0.015	0.0144	0.0006	0.875	0.99429	0	0.0006
10	0.87	0.26	0.008	0.0134	0.0054	0.875	0.99429	0.2065	0.0054
20	0.87	0.26	0.0064	0.014	0.0076	0.88	0.98864	0.578	0.0075
30	0.87	0.26	0.0068	0.0132	0.0064	0.878	0.99089	0.7317	0.0063

 

Jagung

T	Q	W	y	yo	y	v	Gu	F	M
(min)	(m3/min)	(kg)	kg/kg uk	kg/kg uk	kg/kg uk	m3/kg	kg/min	kg	kg/min
0	0.93	0.3	0.0138	0.0146	0.0008	0.875	1.06286	0	0.0009
10	0.93	0.3	0.0108	0.0142	0.0034	0.87	1.06897	0.1211	0.0036
20	0.93	0.3	0.0098	0.0196	0.0098	0.92	1.01087	0.6604	0.0099
30	0.93	0.3	0.01	0.0164	0.0064	0.892	1.0426	0.6673	0.0067

 

Keterangan :

t           =    waktu

Q         =    Laju alir udara masuk

W        =    massa padatan dalam unggun kering

y          =    kandungan uap air dalam aliran gas keluar

yo        =    kandungan uap air dalam aliran udara masuk

v          =    volume jenis udara masuk

F          =    banyaknya air yang terserap dalam padatan

M         =    laju perpindahan massa

Gu        =    Q/v  (kg/min)

F          =    (kg)

M         =    Gu x y  (kg/min)

 

b.      Perhitungan panas yang dilepaskan oleh steam

Jagung

M	T	Hg	hf	hfg	Q
(kg/min)	( 0C)	(kJ/kg)	(kJ/kg)	(kJ/kg)	(kJ/min)
0.064	85	2651.9	355.9	2296	293.888

                       

Jagung

M	T	Hg	hf	hfg	Q
(kg/min)	( 0C)	(kJ/kg)	(kJ/kg)	(kJ/kg)	(kJ/min)
0.064	84	2650.26	372.916	2277.344	291.5

 

Keterangan :

Q   =    M x ( hg + hfg – hf )

 

c.       Perhitungan panas yang dilepaskan oleh udara panas

Jenis	Gu	Tset	H1	1	H2	Q2
Unggun	(kg/min)	(0C)	(kJ/kg)	(kJ/kg)	(kJ/kg)	(kJ/min)
Jagung	0.87	70	112.12	2333	65.13	2070.59
Jagung	0.93	70	112.12	2333	67.4	2211.28

 

Keterangan :

Q2    = Gu x (H1- 1-H2)

Gu     = laju alir uadara masuk/keluar

H1    = entalphi udara pada Tset

H2    = entalphi udara pada T keluaran

 

d.      Perhitungan panas yang diserap oleh unggun

Jenis	m	Cp	To	T1	T	Qo
Unggun	(kg)	(kJ/kg.K)	(0C)	(0C)	(0C)	(kJ)