BAB I PENDAHULAN 1.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULAN 1.1 Latar Belakang Fluidisasi adalah proses dimana benda padat halus (partikel) dirubah menjadi fase dengan perilaku menyerupai fluida. Fluidisasi dilakukan dengan cara menghembuskan fluida dalam hal ini adalah udara dengan tekanan tinggi dari bawah melewati sebuah grid atau plat berlubang dimana diatas grid tersebut diletakkan tumpukan partikel padat atau bed. Dalam keadaan seperti ini, partikel padat tersebut memiliki sifat karakteristik dan properties yang menyerupai fluida pada umumnya, seperti kemampuan untuk mengambang bebas dibawah pengaruh gravitasi atau juga kemampuan untuk dipompa seperti halnya fluida. Fenomena fluidisasi ini berlangsung pada media yang dikenal dengan sebutan bubbling fluidized bed. Bed merupakan suatu media yang berbentuk bejana yang berisikan partikel berfase padat yang kemudian akan dialiri oleh fluida berfase gas hingga terjadi proses fluidisasi. Fluidisasi gas-padat telah digunakan secara luas pada berbagai jenis aplikasi perindustrian diseluruh dunia, misalnya pada proses kimia, industru perminyakan, biokimia, dan pembangkit listrik. Hal ini disebabkan fluidisasi gas-padat mempunyai kelebihan yaitu memberikan area kontak yang lebih besar sehingga reaksi pembakaran, reaksi transfer kalor dapat berjalan dengan baik. Zens & Othmer (1960) secara prinsip menerangkan beberapa keunggulan yang dimiliki bubbling fluidized bed dibandingkan dengan teknologi kontak lainnya yakni; (1) aspek kemampuan dalam mengkontrol temperatur, (2) aspek kemampuan untuk beroperasi secara kontinus, (3) aspek keunggulan dalam proses perpindahan kalor, dan (4) aspek keunggulan dalam proses katalisis. Dalam pengaplikasiannya, bubbling fluidized bed banyak digunakan pada proses pengeringan pada material serbuk. Dimana material yang berada dalam 1

2 2 reaktor dialiri dengan udara panas. Alat yang digunakan pada bubbling fluidized bed untuk proses pengeringan yaitu terdiri beberapa komponen : bed, flow meter, heater, filter dan air outlet. Gambar 1.1 menunjukka skema alat yang digunakan oleh Bareschino, dkk. (2016) untuk proses pengeringan. Gambar 1.1 Skema alat dalam proses pengeringan (Bareschino, dkk. 2016) Proses pengeringan dengan menggunakan fluidized bed ini digunakan pada industri farmasi untuk mengeringkan obat dalam bentuk serbuk, butir maupun aglomerat dengan ukuran partikel rata-rata antara mikron. Savita, dkk. (2012) menjelaskan pengeringan merupakan proses untuk mengeliminasi keadaan lembab yang dapat merusak kestabilan sediaan dimana transfer panas dan massa terlibat pada proses ini. Sampai dengan saat ini ilmu pengetahuan tentang fluidisasi juga masih berkembang, salah satu pengembangan ilmu fluidisasi yaitu proses pencampuran atau mixing dengan menggunakan bubbling fluidized bed. Mixing pada bubbling fluidized bed umumnya digunakan untuk mencampurkan dua material berfasa padat. Harnby, dkk. (1985) menjelaskan dimana pencampuran pada bubbling

3 3 fluidized bed mempunyai tingkat pencampuran yang terjadi karena kondisi operasi seperti kecepatan udara dan konfigurasi dari sistem. Dalam pengaplikasianya mixing pada bubbling fluidized bed banyak digunakan pada sistem gasifikasi, contohnya yaitu penggunakan BFBG (Bubbling Fluidization Bed Gasifier) (Basu, 2006). Mekanisme proses pencampuran pada bubling fluidized bed merupakan fenomena yang sangat komplek, dan hingga saat ini banyak peneliti melakukan penelitian tentang pencampuran pada fluidized bed dengan menggunakan permodelan CFD (Computational Fluid Dynamic), DEM (Discrete Element Method), dimana hal ini dapat dibandingkan dengan hasil eksperimen yang telah dilakukan. Gambar 1.2 menunjukkan contoh hasil eksperimen yang dilakukan oleh Tampubolon, (2014). Gambar 1.2 Proses pencampuran partikel silika dan batubara (Tampubolon, 2014).

4 4 1.2 Rumusan Masalah Pengetahuan tentang proses pencampuran pada bubbling fluidized bed merupakan fenomena yang komplek untuk dijadikan sebuah penelitian. Kecepatan superficial udara dan diameter partikel sangat berpengaruh pada proses pencampuran pada bubbling fluidized bed. Maka dalam penelitian ini akan diteliti tentang pengaruh kecepatan superficial dan diameter partikel terhadap tingkat pencampuran dua material padat pada bubbling fluidized bed. Adapun metode yang digunakan adalah metode CFD (Computational Fluid Dynamic) dimana untuk mengetahui hasil pencampuran pada bubbling fluidized bed dengan beberapa variasi kecepatan superficial udara dan diameter partikel. 1.3 Batasan Masalah Untuk menyederhanakan permasalahan di atas, maka dalam penelitian ini perlu diambil batasan masalah sebagai berikut : 1. Aliran 2 dimensi. 2. Material yang digunakan adalah pasir silika dan batubara. 3. Tidak ada transfer kalor.

5 5 1.4 Tujuan Penelitian Hasil akhir yang diharapkan dari simulasi proses pencampuran pada fluidized bed ini adalah : 1. Untuk melakukan perbandingan secara kuantitatif proses pencampuran partikel yang terjadi pada bubbling fluidized bed di simulasi Ansys Fluent. 2. Mengetahui pengaruh kecepatan superficial terhadap tingkat pencampuran pada bubbling fluidized bed dengan menggunakan software Ansys Fluent. 3. Mengetahui pengaruh diameter partikel terhadap tingkat pencampuran pada bubbling fluidized bed dengan menggunakan software Ansys Fluent. 1.5 Manfaat Penelitian Hasil dari penelitian yang dilakukan ini diharapakan dapat memberikan manfaat antara lain : 1. Mendorong riset tentang fenomena bubbling fluidized bed dengan melakukan eksperimen maupun dengan menggunakan metode komputasi numerik. 2. Memberikan sumbangsih pemikiran dalam bidang komputasi numerik pada proses pencampuran pada teknologi bubbling fluidized bed. 3. Bisa dijadikan pilihan teknologi untuk proses pencampuran partikel padat didunia perindustrian.