## Fenomena   dan   Kecepatan   Minimum
(U mf ) Fluidisasi

## Widayati.
Program   Studi      Teknik   Kimia,   Fakultas   Teknologi   Industri UPN   “Veteran”   Yogyakarta Telp/Fax:   0274486889 Email:   widabambang@yahoo.com

## Abstrak
Fenomena   dan   kecepatan   minimum   fluidisasi   ( U mf )   padat-­‐gas   dipengaruhi   oleh   jenis   partikel,   laju   alir   gas, diameter   kolom   dan   tinggi   unggun   padatan.      Penelitian   ini   dilakukan   terhadap   pasir   kuarsa,   pasir   besi   dan pasir    gunung    Merapi    yang    merupakan    partikel    grup    B    pada    kolom    dengan    diameter    6    cm    dan    tinggi unggun   yang   bervariasi   yaitu   6   cm;   8   cm   dan   10   cm.   Pengamatan   mulai   dilakukan   setelah   udara   dengan kecepatan    terrendah    dialirkan    dari    bawah    melalui    bed    ke    atas.    Dari    hasil    pengamatan    didapatkan fenomena    yang    terjadi    adalah fixed    bed , bubbling    fluidization dan slugging    fluidization .    Kecepatan fluidisasi   minimum   ( U mf )   pada   tinggi   unggun   6   cm   adalah   10,3   cm/detik,      7,3   cm/detik   dan   4,8   cm/detik. Sedangkan   pada   tinggi   unggun   8   cm   adalah   11,9   cm/detik,      7,3   cm/detik   dan   5,1   cm/detik.   dan   pada   tinggi unggun   10   cm   nilai   ( U mf )   yang   diperoleh   adalah   8,8   cm/detik,      8,8   cm/detik   dan   5,8   cm/detik.   Berdasarkan perhitungan    secara    teori,    kecepatan    fluidisasi    minimum    ( U mf )    untuk    pasir    kuarsa    adalah    12,0    cm/detik, pasir    besi    16,2    cm/detik    dan    pasir    gunung    Merapi    adalah    12,3    cm/detik.    Dengan    demikian    maka    nilai ( U mf )    percobaan    yang    paling    mendekati    dengan    nilai    ( U mf )    teori    hanya    terjadi    untuk    pasir    kuarsa    pada penggunaan   diameter   kolom   6cm   dan   tinggi   unggun   8cm.

## Abstract
Phenomenon  and  the  minimum  fluidization  velocity  (U mf )  solid-gas  depend  of  particle  type,  gas  flow  rate, column  diameter  and  height  of  solids  bed.  This  research  was  conducted  on  sand  of  quartz,  iron  and  volcano Merapi (group B the particle) in the column with 6 cm diameter and height of the bed that varies are 6 cm, 8 cm and 10 cm. Observations began after the air with the lowest velocity flow from the bottom upwards through the bed.  From  the  observations  obtained  a  phenomenon  that  occurs  is  the  fixed  bed,  bubbling  fluidization  and slugging fluidization. U mf in the height of bed 6 cm were 10.3 cm/sec, 7.3 cm/sec and 4.8 cm/sec. While at the height of bed 8 cm were 11.9 cm sec, 7.3 cm/sec and 5.1 cm/sec. and at the height of the bed 10 cm value (U mf ) obtained were 8.8 cm/sec, 8.8 cm/sec and 5.8 cm/sec. Based on theoretical, the U mf for quartz sand was 12.0 cm/sec, iron sand 16.2 cm/sec and sand volcano Merapi 12.3 cm/sec. Thus, the value U mf , an experiment that comes closest to the value U mf theory only occurs for the use of quartz sand column diameter of 6cm and 8cm height of the bed.
Key word: minimum velocity ( U mf ) , fixed bed, bubbling fluidization , slugging  fluidization.

## I.   Pendahuluan.
Fluidisasi    adalah    metoda    pengkontakan    antara padatan    dengan    fluida,    baik    cair    maupun    gas dalam    suatu    kolom    yang    berisi    sejumlah    partikel padat    dengan    mengalirkan    fluida    dari    bawah    ke atas. Penggunaan    fluidisasi    secara    ekstensif dimulai    pada    industri    pengolahan    minyak    bumi, yaitu   dengan   dikembangkannya   proses   perekahan katalitik    hamparan-­‐fluidisasi    ( fluid-­‐bed    catalytyc cracking ).    Fluidisasi    digunakan    juga    di    dalam proses   katalitik   lainnya,   seperti   sintetis   akronitril dan   untuk   melaksanakan   reaksi   zat   padat-­‐gas. Parameter    yang    sangat    penting    dalam mempelajari   fluidisasi   adalah   kecepatan   fluidisasi minimum    ( U mf ),    karena    dengan    mengetahui U mf maka    kita    bisa    menentukan    titik    awal    terjadinya
fluidisasi   dan   kita   akan   dapat   menghitung   berapa hilang    tekan    yang    terdapat    pada    awal    fluidisasi. Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  fenomena yang  terjadi  dan  menghitung  kecepatan  fluidisasi minimum ( U mf ) terhadap  pasir  kuarsa,  pasir  gunung merapi dan pasir besi ( partikel grup B) Geldart pada diameter    kolom    tertentu    dan    tinggi    tumpukan unggun    yang    bervariasi,    serta    membandingkan kecepatan    fluidisasi    minimum    ( U mf ) yang diperoleh dari percobaan dengan hasil perhitungan   secara   teori. Klasifikasi    Partikel    menurut Geldart    (1973) didefinisikan    empat    macam    partikel    atas    dasar sifatnya    terhadap    fluidisasi    yaitu    partikel    grup    A, B,   C,   dan   D.   Contoh   partikel   yang   termasuk   dalam grup   A   antara   lain cracking   catalyst ,   partikel   grup B,   pasir   kuarsa,   partikel   grup   C   contohnya   semen
dan   terigu,   dan   partikel   besar,   atau   partikel   grup   D antara   lain   beras,   biji   jagung   dan   biji   kopi,   ( Martin Rhodes, 2001).
Fluidisasi adalah metoda pengkontakan butiran-­‐butiran    padat    dengan    fluida,    baik    cair maupun    gas    dalam    suatu    kolom    yang    berisi sejumlah    partikel    padat    dengan    mengalirkan fluida    dari    bawah    ke    atas.    Fenomena-­‐fenomena
yang    dapat    terjadi    pada    proses    fluidisasi    antara lain    fenomena fixed    bed , minimum    or    incipient fluidization , smooth    or    homogenously    fluidization , bubbling fluidization , slugging fluidization, chanelling    fluidization ,    dan    fenomena disperse fluidization . Kecepatan  fluidisasi  minimum  dapat diperkirakan dengan menggunakan persamaan :
( ) 3 2 2 2 3
3 - (1 ) . . 150 1,75 . . P f p f mf p f p f mf mf mf mf d g d d u u ρ ρ ρ ε ρ ρ µ µ ε µ ε − =
+ .               ...(1)
Fenomena-fenomena  yang  dapat  terjadi  pada  proses fluidisasi antara lain:
1. Fenomena fixed bed yang terjadi ketika laju alir fluida  kurang  dari  laju  minimum  yang dibutuhkan  untuk  proses  awal  fluidisasi.  Pada kondisi ini partikel padatan tetap diam.
Gambar 1 . Unggun diam
2. Fenomena minimum  or  incipient  fluidization yang terjadi ketika laju alir fluida mencapai laju alir  minimum  yang  dibutuhkan  untuk  proses fluidisasi. Pada kondisi ini partikel-partikel padat mulai terekspansi.
Gambar 2 . Unggun terfluidakan
3. Fenomena smooth  or  homogenously  fluidization terjadi  ketika  kecepatan  dan  distribusi  aliran fluida  merata,  densitas  dan  distribusi  partikel dalam  unggun  sama  atau  homogen  sehingga ekspansi pada setiap partikel padatan seragam.
Gambar 3 . Fenomena smooth or homogenously fluidization
4. Fenomena bubbling  fluidization yang  terjadi ketika  gelembung  –  gelembung  pada  unggun terbentuk  akibat  densitas  dan  distribusi  partikel tidak homogen.
Gambar 4 . Fenomena bubbling fluidization 5. Fenomena slugging  fluidization yang  terjadi ketika gelembung-gelembung besar yang mencapai  lebar  dari  diameter  kolom  terbentuk pada  partikel-partikel  padat.  Pada  kondisi  ini terjadi penorakan sehingga partikel-partikel padat seperti terangkat.

## Eksergi Vol. 10 No 2 Desember 2010
6. Fenomena chanelling  fluidization yang  terjadi ketika dalam ungggun partikel padatan terbentuk saluran-saluran seperti tabung vertikal.
Gambar 6. Fenomena chanelling fluidization
7. Fenomena disperse fluidization yang terjadi saat kecepatan  alir  fluida  melampaui  kecepatan maksimum  aliran  fluida.  Pada  fenomena  ini sebagian partikel akan terbawa aliran fluida.
Gambar 7. Fenomena disperse fluidization
Sifat  dan  fenomena  fluidisasi  tersebut  sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor:
Laju alir fluida dan jenis fluida, diameter partikel dan bentuk partikel, jenis dan densitas partikel, porositas unggun,  distribusi  aliran,  bentuk  kolom,  diameter kolom, dan tinggi unggun.

## II.   Metodologi.
2.1.   Bahan   Baku   yang   digunakan.
Bahan   bahan   yang   digunakan   adalah   pasir   kuarsa, pasir    besi    dan    pasir    gunung    merapi    yang digolongkan   sebagai   partikel   group   (B)   dan   udara sekeliling. Foto    partikel    yang    digunakan    dapat dilihat   pada   Gambar   8.
1. 2.2.   Alat   yang   digunakan.
Alat    utama    yang    digunakan    pada    penelitian    ini adalah kolom  fluidisasi  padat-gas,  kompresor, siklon.Rangkaian  alat  fluidisasi  dan  tahapan  yang dilakukan dapat    dilihat    pada    Gambar    9    dan Gambar    10.    Sedangkan    alat    bantu    terdiri    dari t imbangan,    s topwatch ,    ayakan    30    mesh,    50    mesh, 80   mesh   dan   100   mesh,   termometer   dan   wet   gas meter.
Gambar 8 . Pasir kuarsa, pasir besi dan pasir gunung Merapi (Partikel grup B).
Gambar 9 .  Skema Rangkaian Alat fluidisasi. Keterangan gambar : 1. Kolom fluidisasi padat-gas
2. Tumpukan pasir 3. Distibutor/ penyangga 4. Manometer pipa U
5. Manometer pipa U 2 6. Venturimeter
7. Kran
8. Kompresor
9. Siklon
10. Skala manometer
11. Skala venturimeter
Gambar 10 . Diagram Fluidisasi Padat-Gas.

## III Hasil dan Pembahasan.
Fenomena    yang    terjadi    manakala    laju    alir    masih cukup    rendah    adalah    butiran    padat    dalam    kolom tetap    diam    karena    fluida    hanya    mengalir    melalui ruang    antar    partikel    tanpa    menyebabkan perubahan   susunan   partikel   tersebut.   Keadaan   ini disebut    unggun    diam    atau fixed    bed. Pada    saat kecepatan    aliran    fluida    diperbesar    sehingga mencapai    kecepatan    minimum,    yaitu    kecepatan saat    gaya    seret    fluida    terhadap    partikel-­‐partikel padatan    lebih    atau    sama    dengan    gaya    berat partikel-­‐partikel    padatan    tersebut,    partikel    yang semula   diam   akan   mulai   terekspansi.   Keadaan   ini disebut incipient    fluidization atau    fluidisasi
minimum.   Pada   saat   laju   alir   kemudian   dinaikkan lagi,    maka    akan    sampai    pada    suatu    keadaan    di mana    unggun    padatan    akan    tersuspensi    di    dalam aliran    fluida    yang    melaluinya.    Pada    keadaan    ini masing-­‐masing    butiran    akan    terpisahkan    satu sama    lain    sehingga    dapat    bergerak    dengan    lebih mudah.   Pada   kondisi   butiran   yang   dapat   bergerak ini,    sifat    unggun    akan    menyerupai    suatu    cairan dengan    viskositas    tinggi,    keadaan    yang    demikian biasa    disebut    unggun    terfluidakan    atau fluidized bed .    Sedangkan    nilai    kecepatan    Fluidisasi Minimum    ( U mf )    teori    dan    percobaan    untuk partikel   grup   B   dapat   dilihat   pada   Tabel   1   berikut.
Tabel   1 .   Kecepatan   Fluidisasi   Minimum   partikel   grup   B   pada   diameter   kolom   6   cm.
Partikel   grup   B U mf teori, cm/detik
U mf (cm/detik) pada   tinggi   unggun: 6   cm 8cm 10cm Pasir   Kuarsa 12,0 10,3 11,9 8,8 Pasir   Besi 16,2 7,3 7,3 8,8 Pasir   gn.   Merapi 12,3 4,8 5,1 5,8
Gambar    11    menunjukan    bahwa U mf untuk    pasir kuarsa    sebesar    10,3    cm/det    (log    u    =    1,012), dengan   besarnya   hilang   tekan 9 kg/cm.det 2 ( log ∆ p = 1,012);    pasir    besi    sebesar    7,0    cm/det    (log    u    = 0,848),   dengan   besar   hilang   tekan   21,6   k g/cm.det 2 ( log ∆ p = 4,322);   dan   pasir   gunung   merapi   sebesar 4,8    cm/det    (log    u    =    0,682),    dengan    besar    hilang tekan   13.00   k g/cm.det 2 ( log ∆ p  = 4,114).   Peristiwa bubbling    fluidization mulai    terjadi    pada    keadaan dimana    kecepatan    dinaikkan    sampai    11,9    cm/det
untuk    pasir    kuarsa,    7,3    cm/det    untuk    pasir    besi dan    5,1    cm/det    untuk    pasir    gunung    merapi. Peristiwa    ini    terjadi    secara    kontinu    sampai akhirnya    seluruh    unggun    terangkat    bersamaan. Jika    dibandingkan    dengan    nilai U mf teori  masing- masing,  ternyata  nilai U mf percobaan  yang  hampir mendekati  antara U mf dari  percobaan  dan U mf teori adalah  pada  penggunan  pasir  kuarsa  dengan  tinggi unggun  8cm  yaitu  11,9cm/detik  sementara U mf teorinya 12 cm/detik.
Gambar    11 .    Hubungan    antara U dengan Δ P (pada    skala    log)    berbagai    partikel    grup    B    pada    diameter kolom   6   cm   dan   tinggi   unggun   8   cm.
IV. Kesimpulan.
Dari   hasil   penelitian   ini   dapat   disimpulkan   bahwa fenomena    yang    terjadi    pada    pasir    kuarsa,    pasir besi,   dan   pasir   gunung   Merapi   hampir   sama   yaitu fixed    bed , bubbling    fluidization dan slugging fluidization .   Akan   tetapi,   nilai U mf percobaan   yang mendekati    nilai U mf teori    hanya    didapati    pada pasir   kuarsa   pada   penggunaan   kolom   berdiameter 6   cm   dan   tinggi   unggun   8   cm.

## V.      Ucapan   Terimakasih.
Ucapan    terimakasih    disampaikan    kepada        Heru Santosa    ,    dan    Danu    Prakoso    ,    yang    telah membantu   pelaksanaan   penelitian   ini.
VI.   Daftar   Pustaka.
Brown,    G.G,    1973,    ” Unit    Operation ”    John    wiley    & sons,   inc,   USA. Kunii,    D.,    and    Levenspiel,    O.,    1969,    “ Fluidization Engineering”, John Wiley  & Sons, Inc,USA. Perry,  R.H  and  Chilton,  C.H,  1997  “ Chemical Engineer’s  Hand  Book ”,  Mcgraw  hill  book company, Kogakusha, Tokyo.
Martin  Rhodes.  2001.    www.erpt.org/012Q/rhod-
00.htm, Copyright. 3.400 3.500 3.600 3.700 3.800 3.900 4.000 4.100 4.200 4.300 4.400 4.500 0.300 0.500 0.700 0.900 1.100 1.300 1.500 Log   u Log   ?P Pasir   Kuarsa Pasir   Besi Pasir   G.   Api 1.01 0.848 0.682 3.979 4.114 4.332