PERANCANGAN MIXER MATERI KULIAH KALKULUS TEP FTP UB RYN - 2012 Mechanical Mixing Tujuan : Sifat 2 baru (rheologi, organoleptik, fisik) untuk melarutkan berbagai campuran Meningkatkan transfer massa dan panas Struktur makanan baru 1
Hubungan antara kualitas produk dengan parameter operasi sering di bangun secara empiris, sehingga desain sistem mixing sering kali tidak berdasarkan prinsip ilmu Desain mixer berkembang: Eksperimental sebagian numerik dan sekali percobaan (lebih efisien) Perbedaan tipe sistem untk desain mixing yg berbeda Solid-solid mixing: semua bahan harus tercampur secara seragam untuk menyediakan komposisi nutrisi yg konsisten (pelabelan), untuk pengaruh tekstur atau untuk memberikan rasa yang khas Solid-liquid mixing: Penambahan padatan ke cairan. Penambahan cairan dalam padatan merupakan kunci dari beberapa proses produksi seperti batter, pasta dan dough Liquid-liquid mixing: Penciptaan emulsi merupakan kunci dari proses pembuatan margarine Gas-liquid mixing: Pecampuran udara pada fermentasi aerob 2
Campuran non-random dan random Mekanisme Dispersi dan Distribusi 3
Pengujian Mixing Desain Mixer tergantung pada Sifat fisik dan rheologi bahan awal Produk akhir 4
Review Viskositas Newtonian Non Newtonian Power Law yz = 0 + k( yz ) n Model Herschel-Bulkley ( yz ) 0.5 = ( 0 ) 0.5 + k( yz ) 0.5 Model Casson Persamaan power law dapat dilinierisasi dengan mengambil natural logaritmik pada kedua sisi untuk menentukan n dan k 5
MIXER CAIRAN Pemilihan tergantung dari volume dan viskositas fluida. Pengaduk kecepatan tinggi (propeller, turbines, hydrofoils) Pengaduk kecepatan rendah (anchor, paddles, ribbon dan screw) 6
Tangki Pengaduk Dasar unit pengadukan adalah tangki. Bentuk umum: bejana silinder vertikal Untuk fluida viskositas rendah, tangki ditambah dengan baffle untuk mencegah vortex (untuk fluida kental tidak efektif) Dimensi Umum: H/D = 1 d/d = 1/3 h/h = 1/3 B/D = 1/10 B d h H D 7
Pencampuran dalam tangki dinyatakan dengan bilangan Reynold (Re) Untuk fluida Newtonian Re = Ndρ dimana: N: kecepatan putaran pengaduk (1/s) d : diameter impeller (m) : densitas (kg/m 3 ) : viskositas (Pa.s) Laminar < 10 Transtition 10 < Re < 10000 Turbulent Re > 10000 Untuk Fluida Non-newtonian Re = ρd 2 Kβ n 1 N n 2 dimana K dan n adalah konstanta karaktersitik rheologi dari persamaan power law τ = Kγ n : Shear stress (Pa) : Shear rate (1/s) = konstanta karakteristik bahan (10 s.d.13) γ = βn 8
Daya Mixing Persamaan empiris daya mixing: Po = KRe n Fr m Po: power number Po = P A ρn 3 d 5 Fr = N2 d g Pada aliran laminar P A = c L N 2 d 3 Dimana: P A = daya pengaduk (W) g = 9.81 m/s 2 K, m, n = konstanta karakteristik dari sistem yang di aduk Fr = ukuran vortex 9
Diagram Pemilihan Pengaduk Catatan-catatan khusus dalam perancangan Mixer fluida vicous perlu impeller dengan diameter besar (misal paddles) d/d > 0.5, N > 20 rpm (untuk fluida newtonian) untuk mencegah cavitas di sekitar propeller Daya +- 2 kw Kebutuhan daya tangki 2 100 kw 10
Mixer padatan dalam sistem cairan kecepatan cukup tinggi untuk mencegah partikel diam perlu pemilihan tipe impeller dan rasio d/d yang tepat Mixer gas-cairan digunakan untuk mengabsorb oksigen dalam fermentasi aerobic dapat digunakan turbine kecepatan tinggi dan supplai gas dari bawah Fluida dengan viskositas tinggi dan non newtonian perlu pengaduk khusus Pola mixing dan karakteristik produk merupakan hal yang kompleks Scale up industri didasarkan pada konstanta sifat-sifat bahan dari pada terhadap rasio konstanta daya / volume Tegangan geser tinggi oleh agitator diperlukan untuk membuat dispersi dan emulsi yang halus Tegangan geser rendah digunakan untuk mencampur partikel padat ke fase padat atau cair Segregasi partikel dari produk hasil pencampuran harus diperhatikan 11
Static Mixer Re = 1 Re = 80 Turbulensi sifat bahan Chaotic Advection Chaotic advection (Aref (1984) sederhana, non turbulen Chaotic mixing 12
THANK YOU MATERI KULIAH KALKULUS TEP FTP UB RYN - 2012 13