Abstrak —Batubara  dengan moisture  content yang  tinggi menyebabkan nilai kalor batubara menjadi rendah, selain itu juga menyebabkan  beban pulverizer pada  pembangkit  listrik  tenaga uap (PLTU) meningkat. Oleh karena itu, pada penelitian ini akan dibahas  tentang  eksperimen  pengeringan  batubara  dengan memvariasikan kecepatan udara pengering pada 75%, 100%, dan 125%  dari  kecepatan  minimum  fluidisasi.  Untuk  mendapatkan aliran swirl , udara di hembuskan oleh sentrifugal blower menuju vane pengarah  aliran  dengan  sudut  10 o .  Batubara  yang  akan dikeringkan  berbentuk granular dengan  diameter  rata-rata sebesar  ±  6  mm.  Beban  awal  pengeringan  di  setiap  variasi kecepatan  adalah  600  gram.  Pada  setiap  menit  pengeringan, dicatat temperature dan relative humidity dari  udara  pengering. Diambil  pula  sampel  batubara  sebanyak  ±3  gram  untuk menghitung moisture content batubara  pada  beberapa  menit pengeringannya. Dari penelitian ini didapatkan bahwa drying rate rata-rata  pada  kecepatan  15.9  m/s,  21.21  m/s,  dan  25.61  m/s berturut-turut adalah 5.63 gr/min, 7.17 gr/min, dan 7.714 gr/min. Berdasarkan  waktu  pengeringan,  pada  menit  ke-1  hingga  menit ke-6 drying rate terbesar dicapai oleh kecepatan fludisasi 25.61 m/s (125%  U mf ),  pada  menit  ke-6  hingga  menit  ke-14 drying rate terbesar  dicapai  oleh  kecepatan  fluidisasi  21.21  m/s  (100%  U mf ), sedangkan  pada  menit  ke-14  hingga  menit  ke-22 drying rate terbesar dicapai pada kecepatan fludisasi 15.9 m/s (75% U mf ).
Kata  Kunci — Swirling fluidized bed coal dryer ,  75%;100%;  dan 125% kecepatan minimum fluidisasi, drying rate .

## I. PENDAHULUAN
ILAI  kalor  batubara  merupakan  faktor  terpenting  dalam penentuan  kualitas  dari  suatu  jenis  batubara.  Nilai  kalor batubara  sangat  ditentukan  oleh  beberapa  faktor.  Salah  satu faktor  tersebut  adalah moisture  content . Moisture  content batubara  berbanding  terbalik  dengan  nilai  kalornya,  batubara akan memiliki nilai kalor yang tinggi jika ber- moisture content rendah.  Tabel  1  menunjukkan  bahwa  nilai  kalor  batubara cenderung  lebih  tinggi  jika  memiliki moisture  content yang rendah [1].
Salah  satu  pengguna  batubara  ber- moisture  content tinggi adalah  pembangkit  listrik  tenaga  uap  (PLTU). Boiler pada PLTU  yang  merupakan  alat  utama  pengkonversi  energi fossil menjadi  energi thermal ,  seharusnya  dioperasikan  dengan batubara  ber-nilai  kalor  tinggi.  Namun  bertolak  belakang dengan  hal  tersebut,  umumnya  PLTU  di  Indonesia menggunakan  batubara  dengan  nilai  kalor  rendah.  Salah  satu metode  yang  berguna  untuk  menaikkan  nilai  kalor  batubara adalah dengan mengeringkan batubara sebelum dimasukkan ke dalam boiler .  Namun  pada  kenyataannya,  sebagian  besar
pembangkit  listrik  di  Indonesia  tidak  memiliki  fasilitas pengeringan batubara tersebut.
Tabel 1.
Komposisi dan parameter fisik beberapa jenis batubara
Antrachite Subbituminous Lignite Moisture (%) 3 - 6 10 – 25 25 – 45 Volatile matter (%) 2 - 12 28 – 45 23 – 32 Fixed carbon (%) 75 - 85 30 – 57 25 – 30 Ash (%) 4 - 15 3 – 10 3 – 15 Sulfur (%) 0.5 - 2.5 0.3 – 1.5 0.3 – 2.5 Carbon (%) 75 - 85 55 – 70 35 – 45 Oxygen (%) 5.5 - 9 15 – 30 38 – 48 Density (g/mL) 1.35 - 1.7 1.35 – 1.4 1.4 – 1.45 Calorific value (kJ/kg) 28,000 – 31,500 17,500 – 23,000 14,000- 17,500
Penelitian  tentang  pengeringan  batubara  pernah  dilakukan oleh Dicky Permana dengan judul “Studi Eksperimen Pengaruh Kecepatan Fluidisasi Terhadap Unjuk Kerja Swirling Fluidized Bed Coal Dryer ”  pada  tahun  2016.  Penelitian  ini  dilakukan dengan memvariasikan kecepatan fluidisasi pada 100%, 125%, dan  150%  dari  kecepatan  minimum  fluidisasi.  Berdasarkan hasil  eksperimen,  didapat  bahwa  kecepatan  yang  tinggi memiliki kinerja pengeringan lebih baik [2].
Studi  numerik  pada bed batubara  dengan  menggunakan pengarah  aliran  berbentuk cone dilakukan  oleh  Melvin  E Simanjuntak  dengan  judul  “ Transient  3D  Modelling  of  Swirl Fluidized  Bed  Coal  Dryer:  The  Effect  of  Different  Angles  of Guide  Vane ”  pada  tahun  2016.  Melalui  hasil  penelitian  ini diketahui  bahwa  distribusi bed batubara  cenderung  tersebar merata  pada drying  chamber dan  juga  terdapat  beberapa pathline udara pengering yang berada di sekitar cone pengarah aliran [3].
Melvin  E  Simanjuntak  juga  melakukan  studi  eksperimen pada swirling fluidized bed coal dryer dengan pengarah aliran berbentuk cone yang berjudul “ Experimental Study The Effect of  Angle  of  Blade  Inclination  on  Coal  Swirl  Fluidized  Bed Drying” pada  tahun  2016.  Selama  5  menit  pengeringan, moisture  content batubara  berubah  dari  25.17%  menjadi 10.28%, 11.47%, dan 13.67% masing masing pada sudut vane 10 o , 20 o , dan 30 o . Sedangkan drying rate rata-rata pada ketiga variasi berturut-turut adalah 2.97 m -1 , 2.73 m -1 , dan 2.29 m -1 [4]. Penelitian serupa yang berjudul “ Experimental Study  on The Effect of Temperature and Fluidization Velocity on Coal Swirl Fluidized  Bed  Drying  with  10 o Angle  of  Blade  Inclination” dilakukan oleh Melvin E Simanjuntak pada tahun 2016 . Kinerja

## Studi Eksperimen Pengaruh Kecepatan Fluidisasi Terhadap Unjuk Kerja Swirling Fluidized Bed Coal Dryer
Alim Jabbar Ibrahim dan Prabowo
Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) e-mail : prabowo@me.its.ac.id
N
pengeringan Swirling  Fluidized  Bed  Coal  Dryer dengan cone pengarah  aliran  dianalisa  dengan  memvariasikan  kecepatan fluidisasi  dan temperature inlet udara  pengering.  Setelah  7 menit  pengeringan  berlangsung, moisture  content batubara berkurang  sebanyak  24.73%,  23.6%,  dan  21.32%  masing- masing  pada  variasi inlet  temperature 50 o C,  45 o C,  dan  40 o C. Drying rate rata-rata pada ketiga variasi temperature berturut- turut adalah 23.08, 21.65, dan 19.88 gr/min [4].
Lalu  pada  penelitian  ini  akan  dianalisa  proses  pengeringan batubara pada swirling fluidized bed coal dryer tanpa pengarah aliran  berbentuk cone, yang  sebelumnya  digunakan  pada penelitian  [2][3][5][4]. Kecepatan  fluidisasi akan divariasikan pada 75%, 100%, dan 125% dari kecepatan minimum fluidisasi yang berturut-turut bernilai 15.9 m/s, 21.21 m/s, dan 25.61 m/s.

## II. METODOLOGI
A. Metode Eksperimen
Skema  alat swirling  fluidized  bed  coal  dryer ditunjukkan oleh  gambar  1.  Udara  pengering  dipanaskan  melalui heat exchanger tipe compact .  Air  yang  melewati heat exchanger telah terlebih dahulu dipanaskan oleh heater yang dipasang di beberapa titik pada tangki air. Proses sirkulasi pada sisi fluida panas  dialirkan  dengan  menggunakan  pompa  menuju heat exchanger dan  kembali  menuju  tangki  air,  sedangkan  aliran pada  sisi  udara  digerakkan  oleh  sebuah sentrifugal blower menuju bed batubara.
Batubara  seberat  600  gram  dengan  diameter  ±  6  mm ditempatkan  diatas vane pengarah  aliran  udara  pengering bersudut  10 o dengan  temperatur  54  ±  1 o C.  Kecepatan  udara pengering  disesuaikan  dengan  melakukan  kalibrasi  terlebih dahulu pada voltage regulator dengan menggunakan pitot tube dan manometer .
Gambar 1.  Skema alat swirling fluidized bed coal dryer

## B. Pengambilan Data
Pada  eksperimen  ini  didapatkan  2  jenis  data  pengeringan, yaitu  data  dari  sisi  batubara  dan  sisi  udara.  Data  pada  sisi batubara  didapatkan  melalui  proses sampling yang  dilakukan dengan  selang  waktu  1  menit  selama  10  menit  pertama  dan dilanjutkan  dengan  selang  waktu  2  menit  selama  12  menit
berikutnya.  Data  pada  sisi  udara  didapatkan  melalui pengukuran relative  humidity dengan  RH  meter  dan dry-bulb temperature dengan thermocouple tipe  K  yang  ditempatkan pada inlet dan outlet dari drying  chamber ,  seperti  yang ditunjukkan oleh gambar 2.
Gambar 2.  Posisi pengambilan data pada drying chamber
Data  kualitatif  berupa foto juga  didapatkan  selama  proses pengeringan berlangsung. Foto diambil pada tampak samping dari drying chamber .

## C. Prosedur Penelitian (Sisi Batubara)
Pada  sisi  batubara,  kecepatan  pengeringan  ( drying  rate ) didapatkan  dengan  menghitung  perbedaan moisture  content batubara  antar  waktu  pengeringan. Moisture  content  (wet- basis) batubara dihitung seperti pada (1).
% 100 % , , ,    t b t k t b t w w w MC (1)
Dengan %MC t merupakan moisture content batubara setelah t menit  pengeringan  berlangsung, w b,t dan w k,t adalah  berat sampel  batubara  basah  dan  batubara  kering  pada  menit  ke- t . Berat kering batubara didapatkan dengan memanaskan sampel basah batubara pada suhu 110 o C selama 3 jam dalam 3 tahapan, sesuai dengan ASTM D 5142 [6]. Laju pengeringan atau drying rate pada sisi batubara dihitung pada (2).
gram t n n b w t MC t MC t dt dw t                1 1 ) , 600 ( ) (% 1 ) (% (2)
Dengan ( 𝑑𝑤 𝑑𝑡 ) 𝑡 adalah drying  rate pada  menit  ke- t (gr/min)  , t adalah  selang  waktu  pengambilan  data,  dan  beban  awal pengeringan  adalah  600  gram.  Gambar  3  menunjukkan illustrasi dari proses penimbangan berat batubara basah ataupun batubara kering.
Gambar 3.  Penimbangan sampel batubara

## D. Prosedur Penelitian (Sisi Udara)
Data  berupa relative  humidity dan dry-bulb  temperature diplotkan  pada psychrometric  charts untuk  mengetahui karakteristik  proses  pengeringan..  Pada  sisi  udara,  laju pengeringan  ( dyring  rate )  didapatkan  dengan  mengurangkan humidity  ratio udara  antar  waktu  pengeringan.  Gambar  3 menunjukkan grafik psychrometric chart udara pada tekanan 1 atm dengan simbol yang sesuai dengan (3). Dying rate pada sisi udara dihitung pada (3).
t m dt dw dry t t t        
  ) ( 1   (3)
Dengan ω t adalah humidity  ratio  outlet  drying  chamber pada menit ke- t dan t adalah selang waktu pengambilan data. Selama melewati alat swirling fluidized bed coal dryer udara melewati  2  proses  termodinamika,  yaitu sensible  heating dan humidfying. Proses sensible  heating terjadi  pada  saat  udara melewati heat exchanger , sedangkan proses humidifying terjadi pada saat udara pengering melewati bed batubara.
Gambar 4. Psychrometric charts

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisa  pada  sisi  udara  akan  dibahas  terlebih  dahulu,  dan dilanjutkan  dengan  analisa  dari  sisi  batubara.  Kedua  analisa tersebut akan dibandingkan satu sama lain untuk memvalidasi penelitian  ini.  Setelah  itu  akan  dibahas  pula  pergerakan batubara melalui foto saat proses pengeringan berlangsung.

## A. Perubahan Outlet Dry-bulb Temperature Terhadap Waktu Pengeringan
Memiliki  bilangan  Reynolds  terbesar,  variasi  kecepatan 25.61  m/s  mengalami  proses  perpindahan  panas  rata-rata terbesar dibandingkan variasi lainnya. Hal ini ditunjukkan oleh gambar  3  dengan  besarnya  ΔT,  yaitu  penurunan  temperatur antara inlet dan outlet drying chamber pada variasi 25.61 m/s. Melalui gambar 3 pula dapat diketahui bahwa temperatur dry - bulb udara jatuh secara drastis pada menit ke-1, dan berangsur naik secara perlahan pada menit berikutnya. Hal ini karena pada awal  proses  pengeringan,  temperatur  permukaan  batubara berada  pada  nilai  terendahnya.  Perbedaan  temperatur  antara permukaan  batubara  dan  udara  yang  besar  menyebabkan perpindahan  panas  terbesar  terjadi  pada  menit-menit  awal proses pengeringan pada ketiga variasi kecepatan.
Gambar 5. Outlet dry-bulb temperature vs waktu.
B. Perubahan  Outlet  Relative  Humidity  Terhadap  Waktu Pengeringan
Gambar  4  menunjukkan  bahwa  variasi  25.61  m/s  memiliki relative humidity tertinggi pada menit ke-1 hingga menit ke-6, sedangkan pada menit ke-6 hingga menit ke-22 variasi 15.9 m/s memiliki relative  humidity yang  tertinggi.  Hal  ini  disebabkan oleh  kandungan  air  tersisa  pada  batubara  yang  masih  cukup tinggi  pada  variasi  15.9  m/s. Relative humidity udara  pada variasi kecepatan 25.61 m/s dan 21.21 m/s menunjukkan nilai yang  jauh  lebih  tinggi  pada  awal  proses  pengeringan dibandingkan dengan kecepatan 15.9 m/s. Hal ini menandakan besarnya  laju  perpindahan  massa  air  yang  terjadi  pada  menit awal pengeringan dari variasi 25.61 m/s dan 21.21 m/s. Relative humidity udara pada variasi kecepatan 25.61 m/s  dan 21.21 m/s mengalami  penurunan  yang  sangat  drastis  pada  8  menit pertama, sedangkan variasi 15.9 m/s cenderung memiliki nilai relative humidity yang lebih konstan.
Gambar 6. Outlet relative humidity vs waktu
C. Analisa Udara Pengering Pada Psychrometric chart
Perubahan  kondisi  udara  pengering  pada  saat  melalui bed batubara  pada  menit  ke-1,  menit  ke-3,  dan  menit  ke-6 digambarkan  oleh  panah  pada  gambar  5.  Titik  yang  bergeser lebih  jauh  ke  kiri  menandakan  proses sensible cooling yang lebih  besar  telah  terjadi,  sedangkan  titik  yang  bergeser  lebih jauh keatas  menandakan proses humidifying yang lebih tinggi telah terjadi. Sehingga berdasarkan gambar 5, diketahui bahwa variasi 15.9 m/s mengalami proses sensible cooling terkecil dan proses humidifying terbesar,  sedangkan  variasi  25.61  m/s mengalami  proses sensible cooling terbesar  dan  proses humidifying terkecil.
Gambar 7.  Proses pengeringan pada psychrometric chart
D. Analisa Moisture Content Batubara Terhadap Waktu
Gambar  6  menunjukkan  distribusi  nilai moisture content batubara  terhadap drying time pada  ketiga  variasi  kecepatan. Secara garis besar, penurunan moisture content terkecil terjadi pada  kecepatan  15.9  m/s  (75%  U mf )  dan  penurunan moisture content terbesar terjadi pada kecepatan 25.61 m/s (125% U mf ). Sedangkan penurunan moisture content pada variasi kecepatan 21.21 m/s (100% U mf ) memiliki nilai yang tidak jauh berbeda dengan  kecepatan  25.61  m/s.  Hal  tersebut  dikarenakan  oleh kondisi bed batubara  keduanya  yang  sudah  merupakan  jenis fluidized bed .  Namun  setelah  10  menit  pengeringan berlangsung,  kecepatan  15.9  m/s  mengalami  penurunan moisture content yang lebih tinggi dibandingkan kedua variasi lainnya.
E. Analisa Drying Rate Terhadap Waktu Pengeringan Drying rate rata-rata pada variasi kecepatan 15.9 m/s, 21.21 m/s,  dan  25.61  m/s  berturut-turut  adalah    5.63  gr/min,  7.17 gr/min,  dan  7.714  gr/min.  Berdasarkan  waktu  pengeringan, drying rate terbesar pada menit ke-1 hingga menit ke-6 dicapai oleh kecepatan fludisasi 25.61 m/s (125% U mf ), pada menit ke- 6  hingga  menit  ke-14  dicapai  oleh  kecepatan  fluidisasi  21.21 m/s (100% U mf ), sedangkan pada menit ke-14 hingga menit ke- 22 dicapai pada kecepatan fludisasi 15.9 m/s (75% U mf ).
F. Validasi  Perpindahan  Massa  Air  dari  Sisi  Batubara  dan Sisi Udara
Secara teori seharusnya massa air yang diterima oleh udara dan massa air yang dilepas oleh batubara bernilai sama, tetapi dikarenakan  banyak  nya  faktor  eksternal  yang  mempengaruhi penelitian  ini,  kondisi  tersebut  tidak  dapat  tercapai  secara sempurna. Dengan mengasumsikan perpindahan massa air pada sisi  batubara  memiliki error yang  lebih  kecil  dibandingkan pada sisi udara, maka error rata –rata (berbasis batubara) dari variasi  15.9  m/s  adalah  2.17%,  variasi  21.21  m/s  adalah 2.816%, dan dari variasi 25.61 m/s adalah 7.01%.
Gambar 8.  Perubahan moisture content terhadap waktu pengeringan
Gambar 9.  Perubahan drying rate terhadap waktu pengeringan

## G. Analisa Pergerakan Batubara
Sesuai dengan gambar 8, dapat diketahui bahwa bed batubara telah terfluidisasi pada variasi kecepatan 21.21 m/s dan 25.61 m/s.  Sedangkan  pada  kecepatan  15.9  m/s, bed batubara  tidak terfludisasi  karena  gaya drag dari  udara  tidak  mampu  untuk melawan gaya berat dari batubara.
Pada proses pengeringan dengan kecepatan 15.9 m/s terdapat sejumlah  batubara  yang  terkumpul  pada  bagian  tengah  dari
vane pengarah  aliran.  Mengingat  lubang  laluan  pada vane pengarah aliran hanya terdapat pada bagian pinggir saja, maka jika bed batubara  tidak  terfluidisasi  akan  terdapat  sejumlah batubara yang berada pada bagian tengah dari drying chamber . Hal  ini  lah  yang  terjadi  pada  pengeringan  batubara  dengan kecepatan 15.9 m/s.
Sedangkan  pada  variasi  21.21  m/s  dan  25.61  m/s, bed batubara  telah  terfluidisasi,  sehingga  partikel  batubara terdistribusi  hanya  pada  bagian  pinggir  dari drying chamber dan tidak terdapat batubara yang menempati posisi tengah dari drying chamber .  Hal  ini  karena  aliran  udara  yang  berpola swirling memberikan  gaya  sentripetal  dan  mendorong bed batubara  untuk  tetap  berada  pada  posisi  pinggir  dari drying chamber .
Gambar 8. Foto Tampak samping drying chamber

## IV. KESIMPULAN
Berdasarkan  ekperimen  dan  analisa  yang  telah  dilakukan, kesimpulan dari penelitian ini adalah :
1) Total massa air  yang berpindah terbesar  setelah 22 menit proses pengeringan jatuh pada variasi kecepatan 25.61 m/s (125%  U mf )  yaitu  sebesar  146.39  gram,  sedangkan  pada variasi 21.21 m/s (100% U mf ) dan 15.9 m/s (75% U mf ) total
massa  air  yang  berpindah  adalah  137.01  gram  dan  112.7 gram.
2) Pada menit ke-1 hingga  menit ke-6, kecepatan 25.61 m/s memiliki drying rate tertinggi.  Lalu  pada  menit  ke-6 hingga menit ke-12, kecepatan 21.21 m/s memiliki drying rate tertinggi,  sedangkan  pada  menit  ke-12  hingga  menit ke-22 drying rate tertinggi jatuh pada kecepatan 15.9 m/s.
3) Perbedaan data perpindahan massa yang didapatkan antara sisi udara dan sisi batubara pada variasi 15.9 m/s, 21.21 m/s dan 25.61 m/s berturut-turut adalah 2%, 2.9%, dan 7.01%.
4) Pada  pengeringan  batubara  dengan  kecepatan  15.9  m/s, bed batubara  tidak  dapat  terfluidisasi.  Sedangkan  pada kecepatan  21.21  m/s  dan  25.61  m/s bed batubara terfluidisasi  secara swirl pada  bagian  pinggir  dari drying chamber .

## DAFTAR PUSTAKA
[1] J. G. Speight, Handbook of Coal Analysis . New Jersey: John Wiley
& Sons, Inc, 2005. [2]
D.  Permana,  “Studi  Eksperimen  Pengaruh  Kecepatan  Fluidisasi Terhadap Unjuk Kerja Swirling Fluidized Bed Coal Dryer,” J. Tek.
ITS , vol. 4, 2016.
[3] W.  A.  W.  M.  E.  Simanjuntak,  Prabowo,  D.  Ichsani,  “Transient  3D Modelling  of  Swirl  Fluidized  Bed  Coal  Drying:  The  Effect  of Different Angles of Guide Vane,” JP J. Heat Mass Transf. , vol. 13, no. 4, pp. 497–510, 2016.
[4] W. A. W. M. E. Simanjuntak, Prabowo, D. Ichsani, “Experimental Study  on  The  Effect  of  Temperature  and  Fluidization  Velocity  on Coal  Swirl  Fluidized  Bed  Drying  with  10o  Angle  of  Blade Inclination,” ARPN J. Eng. Appl. Sci. , vol. 11, no. 21, pp. 1004–1009, 2016.
[5] W. A. W. M. E. Simanjuntak, Prabowo, D. Ichsani, “Experimental Study  on  The  Effect  of  Angle  of  Blade  Inclination  on  Coal  Swirl Fluidized Bed Drying,” ARPN J. Eng. Appl. Sci. , vol. 11, no. 2, pp. 12499–12505, 2016.
[6]
A. D. 5142, Standard Test Method for Proximate Analysis Sample of Coal  and  Coke  by  Instrumental  Procedures .  West  Conshohocken: ASTM International, 2009.