BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Fluidisasi merupakan salah satu bentuk peristiwa di mana partikel berfase padatan diubah menjadi fase yang memiliki perilaku layaknya fluida cair dengan cara diberi kontak dengan gas atau cairan (Kunii dan Levenspiel, 1969). Fenomena fluidisasi ini berlangsung pada media yang dikenal dengan sebutan fluidized bed. Fluidized bed merupakan suatu media yang berbentuk bejana yang berisikan partikel berfase padat yang kemudian akan dialiri oleh fluida hingga terfluidisasi. Peristiwa fluidisasi ini terjadi akibat adanya gaya drag yang bekerja pada partikel berfasa padat yang mana disebabkan karena aliran fluida yang bergerak dari bawah keatas yang lebih besar daripada gaya gravitasi dan gaya antar partikel. Zenz dan Othmer (1960) secara prinsip menerangkan beberapa keunggulan yang dimiliki oleh fluidized bed dibandingkan dengan teknologi kontak lainnya yakni; (1) aspek kemampuan dalam mengontrol temperatur, (2) aspek kemampuan untuk beroperasi secara kontinu, (3) aspek keunggulan dalam proses perpindahan kalor, dan (4) aspek keunggulan dalam proses katalisis. Keunggulan-keunggulan ini menyebabkan banyaknya pengaplikasian fluidized bed dalam kegiatan industri mulai dari industri farmasi hingga industri makanan (drying, coating), dalam proses catalytic cracking minyak, pembakaran dan gasifikasi biomassa, dan lain sebagainya. Dalam pengaplikasiannya, fludized bed pada umumnya tidak hanya menggunakan satu jenis partikel melainkan menggunakan lebih dari satu jenis partikel. Penggunaan lebih dari satu jenis partikel dalam bed menyebabkan munculnya fenomena pencampuran maupun pemisahan partikel ketika fluidized bed beroperasi. Dalam pengembangan fluidized bed, pengetahuan fundamental mengenai proses pencampuran maupun pemisahan partikel sangat diperlukan untuk menjelaskan proses terjadinya fenomena pencampuran dan pemisahan partikel. 1
2 Mekanisme proses pencampuran dan pemisahan partikel dalam fluidized bed merupakan fenomena yang sangat kompleks yang hingga saat ini masih menjadi perhatian para peneliti untuk dapat menjelaskan hal-hal yang berkaitan dengan proses tersebut. Penelitian yang telah dilakukan untuk menjelaskan proses pencampuran dan pemisahan partikel pada fluidized bed oleh kebanyakan peneliti dilakukan dengan menggunakan simulasi CFD (Computational Fluid Dynamic), DEM (Discrete Elemen Method), yang mana hal ini dapat menghasilkan hasil yang berbeda apabila dibandingkan dengan kondisi aktual. Penelitian lain yang juga dilakukan untuk menjelaskan proses pencampuran dan pemisahan partikel membutuhkan peralatan yang kompleks seperti misalnya X-Ray CT (Computed Tomography), dll. Sebuah setup peralatan bubbling fluidized bed sederhana umumnya terdiri dari beberapa komponen: bed, planum, distributor udara, flow meter, dan pressure regulator. Gambar 1.1 dibawah ini menunjukan setup peralatan bubbling fluidized bed yang digunakan oleh Micale, et al. (2008): Gambar 1.1 Setup bubbling fluidized bed (Micale, et al. 2008)
3 Gambar 1.2 Setup Pengambilan Data (Micale, et al. 2008) Gambar 1.2 diatas merupakan peralatan yang digunakan oleh Micale, et al. (2008) dalam penelitian mengenai karakteristik gelembung, dimana penggunaan peralatan-peratalan sederhana dalam sistem akuisisi gambar digunakan. Penelitian mengenai metode yang digunakan untuk menjelaskan fenomena proses pencampuran dan pemisahan partikel pada bubbling fluidized bed dirasa perlu dilakukan. Hal ini dimaksudkan untuk menambah metode penelitian yang ada mengenai proses pencampuran dan pemisahan partikel pada bubbling fluidized bed. Penambahan metode ini nantinya diharapkan dapat dijadikan referensi sehingga pengimplementasian penelitian yang dilakukan terhadap pencampuran dan pemisahan partikel dalam bubbling fluidized bed menjadi lebih luas. Penelitian yang dilakukan ini menggunakan metode direct visualization yang relatif mudah dilakukan dengan menggunakan peralatan akuisisi gambar sederhana dalam pengaplikasiannya. Penggunaan metode visualisasi yang disertai image processing juga dinilai dapat memberikan hasil yang baik karena dapat menjelaskan kondisi-kondisi aktual yang terjadi selama proses pencampuran dan pemisahan partikel berlangsung serta melakukan kuantifikasi terhadap fenomena pencampuran dan pemisahan partikel pada bubbling fluidized bed.
4 1.2 Rumusan Masalah Pengetahuan fundamental mengenai proses pencampuran dan pemisahan partikel dalam fluidized bed yang merupakan fenomena kompleks merupakan hal yang penting dalam pengembangan fluidized bed. Metode penelitian yang ada saat ini kebanyakan menggunakan metode aktual yang menggunakan peralatan yang kompleks dan metode simulasi yang memiliki kemungkinan untuk menghasilkan hasil yang berbeda dibandingkan kondisi sesungguhnya. Hal-hal ini menyebabkan dibutuhkannya metode alternatif yang dapat menjadi metode untuk penelitian mengenai proses pencampuran dan pemisahan partikel dalam fluidized bed. Penelitian yang dilakukan ini akan menerapkan metode visualisasi langsung yang disertai dengan image processing sebagai salah satu metode alternatif pengamatan proses pencampuran dan pemisahan partikel dalam fluidized bed. Dimana metode ini dapat menjelaskan proses-proses yang terjadi pada fenomena pencampuran dan pemisahan partikel dalam fluidized bed serta mudah diterapkan dalam melakukan penelitian mengenai proses pencampuran dan pemisahan partikel untuk pengembangan fluidized bed. 1.3 Asumsi dan Batasan Masalah Batasan masalah yang digunakan dalam penelitian ini meliputi: 1. Reaktor sebagai tempat berlangsungnya fluidisasi yang diuji dalam penelitian ini dianggap sebagai reaktor 2 dimensi 2. Partikel yang digunakan dalam penelitian berupa batubara dan pasir silika. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini yakni: 1. Melakukan kuantifikasi fenomena pencampuran dan pemisahan partikel yang terjadi pada bubbling fluidized bed dengan menghitung mixing index partikel. 2. Mempelajari pengaruh kecepatan superficial udara terhadap distribusi partikel & mixing index pada bubbling fluidized bed.
5 1.5 Manfaat Penelitian Hasil penelitian yang dilakukan ini diharapkan dapat memberikan sumbangsih terhadap perkembangan fluidized bed di dunia akademik berupa: 1. Kajian mengenai pengunaan image processing sebagai sistem bantu analisa visual pada aplikasi fluidized bed. 2. Kajian mengenai pengaruh kecepatan superficial udara terhadap fenomena pencampuran dan pemisahan partikel pada bubbling fluidized bed. 3. Mendorong perkembangan riset mengenai fluidized bed di Indonesia yang selama ini jarang dilakukan.