Seminar Skripsi Studi Karakteristik Pengeringan Pupuk NPK (15:15:15) Menggunakan Tray Dryer LABORATORIUM PERPINDAHAN ` PANAS DAN MASSA Jurusan Teknik Kimia FTI - ITS Disusun oleh : Argatha Febriansyah - (2310100106) Rucita Ramadhana - (2310100152) Dosen Pembimbing : 1. Prof. Dr. Ir. Ali Altway, MS. 2. Dr. Ir. Susianto, DEA.
PENDAHULUAN 2
PUPUK NPK MEMEGANG PERANAN PENTING PADA SEKTOR PERTANIAN DI INDONESIA 2
Bahan Baku Granulasi Pengeringan Dedusting Scrubber Pengayakan Pendinginan Keterangan : Proses : Recycle Pelapisan Pengantongan 3
Proses pengeringan pada industri Pupuk NPK memegang peranan penting dimana kandungan air dalam spesifikasi Pupuk NPK (15:15:15) dibatasi maksimum 1,5-2% (www.fao.org) (Pupuk Phonska SNI 02-2803- 2000) 4
Mengapa Kadar Air Dalam Pupuk NPK Perlu Dibatasi? Kadar Air Yang Berlebihan Merusak Struktur Granular Pupuk Mempengaruhi Kualitas Dan Kandungan Gizi Pupuk 5
Mengapa Perlu Dilakukan Studi Karakteristik Pengeringan? Proses pengeringan pada skala industri memerlukan desain alat pengering yang tepat dan efesien. Desain alat pengering ini memerlukan data karakteristik pengeringan pupuk tersebut. Dipilih Tray dryer karena cocok digunakan untuk skala laboratorium, memiliki efisiensi thermal yang tinggi, cocok untuk segala bahan, moisture content akhir lebih rendah, dan memiliki resiko yang lebih rendah terhadap ledakan (Mujumdar,1995) (EPA,2006) 6
PENELITIAN SEBELUMNYA Laboratorium Perpindahan Panas Massa dan Pemisahan Jurusan Teknik Kimia Institut Teknologi Sepuluh Nopember DIKBASAN (2007) Penelitian tentang studi karakteristik Telah melakukan studi karakteristik pengeringan Pupuk NPK (15 : 15 :15) melalui eksperimen pengeringan dengan apel menggunakan fixed-bed dantunnel simulasi. dryer Secara garis besar penelitian ini menginvestigasi dengan variabel tentang bebas suhu persamaan udara, aliran pengeringan udara semi-empiris. dan moisture relatif. Hasil pengukuran digunakan untuk menentukan kurva laju pengeringan. 10 6
PENELITIAN SEBELUMNYA Laboratorium Perpindahan Panas Massa dan Pemisahan Jurusan Teknik Kimia Institut Teknologi Sepuluh Nopember SRINIVASA (2008) Telah melakukan studi karakteristik pengeringan PenggunaanPupuk tray NPK dryer(15 untuk : 15 :15) menentukan melalui eksperimen dengan fixed-bed dan simulasi. karakteristik pengeringan pernah digunakan Secara garis besar penelitian ini menginvestigasi pada sawdust dari tentang kayu pohon persamaan palm. pengeringan semi-empiris. Penelitian ini menyatakan bahwa tingkat pengeringan meningkat dengan peningkatan suhu medium pengering. 10 7
PENELITIAN SEBELUMNYA Laboratorium Perpindahan Panas Massa dan Pemisahan Jurusan Teknik Kimia Institut Teknologi Sepuluh Nopember Penelitian eksperimen secara komprehensif dilakukan untuk mengukur distribusi kadar air dalam potongan kentang dengan range variabel suhu (60-80 0 C) dan kecepatan udara 1-1.5 m/s. AKPINAR (2004) Kemudian hasil diuji dengan 4 model untuk menentukan parameter proses pengeringan. 10 8
PENELITIAN SEBELUMNYA Laboratorium Perpindahan Panas Massa dan Pemisahan Jurusan Teknik Kimia Institut Teknologi Sepuluh Nopember Melakukan studi eksperimental karakteristik pengeringan limbah padat tapioka. Hasil penelitian di evaluasi menggunakan tiga belas model semi-teoritis. Dan diperoleh bahwa model Midilli paling tepat untuk menjelaskan kurva karakteristkik pengeringan limbah padat Harianto D & Khoir M (2009) 10 9
PENELITIAN SEBELUMNYA Laboratorium Perpindahan Panas Massa dan Pemisahan Jurusan Teknik Kimia Institut Teknologi Sepuluh Nopember Han 2002 Proses pengeringan pupuk NPK menggunakan fixed bed dryer secara eksperimen. Hasil penelitian ini menunjukkan laju pengeringan secara jelas meningkat dengan peningkatan suhu udara dan pengaruh laju aliran udara tidak begitu terlihat jelas pada laju pengeringan. 10
PERUMUSAN MASALAH Untuk mendapatkan hasil yang terbaik dalam menentukan kondisi operasi atau mendesain alat pengering yang tepat, maka diperlukan studi karakteristik pengeringan Pupuk NPK (15:15:15). 11
TUJUAN PENELITIAN 1. Mengkaji pengaruh suhu udara pengering, kecepatan udara pengering, dan ukuran partikel sampel terhadap karakteristik pengeringan pupuk NPK (15:15:15). 2. Menemukan model yang tepat untuk menjelaskan karakteristik pengeringan pupuk NPK (15:15:15) memakai model pengeringan semi teoritis 12
METODOLOGI PENELITIAN
TAHAPAN PENELITIAN Studi Literatur Preparasi Sampel Melakukan Percobaan Proses Pengeringan Membuat Kurva Karakteristik Memilih Model semi-teoritis untuk mengevaluasi hasil percobaan Menentukan Parameter Model Pengeringan Menganalisa hasil penelitian 15
GAMBAR SKEMA TRAY DRYER Keterangan gambar : 1. Inlet udara masuk 2. Kipas angin 3. Pemanas 4. Display suhu Td dan Tw dan switch termokopel 5. Pengatur kecepatan udara 6. Termokopel 7. Termometer bola kering 8. Termometer bola basah 9. Pintu kaca 10. Timbangan digital 11. Tray 12. Wadah sampel 13. Ruangan Pengering 14. Voltage Regulator sebagai pengatur suhu 16
Variabel Penelitian Variabel yang telah dikaji adalah : Suhu udara pengering yaitu : 60, 70, dan 80 o C Kecepatan udara pengering yaitu : 0,6 dan 1,4 m/s Ukuran partikel yaitu : 6, 8, dan 10 mesh Variabel respon antara lain adalah : Kurva karakteristik pengeringan Pupuk NPK Karakteristik model pengeringan semi-teoritis 17
1. Menentukan moisture ratio hasil eksperimen MReksperimen = wt w 0 w e w e MCt MC = e = MC 0 MC e MCt MC 0 2. Menganalisa hasil eksperimen dengan model two term eksponen dan midili. Dengan persamaan : MRmodel two term eksponential = a. exp (-kt) + (1-a).exp (-kat) MRmodel midilli = a. exp (-kt n ) + bt 18
Analisa Statistik Model 1. Koefesien Determinan (R 2 ) R 2 = SSR SSE = 1 - SST SST Sum of Square Error (SSE) = (MR ex MR m ) 2 Sum of Square Total (SST) = (MR ex MR rata-rata ex ) 2 2.Standard Error of Estimate (SEE) SEE = N 2 MR exp MR i 1 model N n 3. Root Mean Square Error (RMSE) RMSE = 1 N MR MR N i 1 i,pre 4. Mean Sum of Squares of Errors (MSE) MSE = MR exp,i MR pre,i N n 2 i,exp 2 1/ 2 19
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kurva hubungan antara moisture content terhadap waktu pada pupuk NPK (15:15:15) berdasarkan perbedaan suhu udara pengering ( C) dengan ukuran partikel 10 mesh dan kecepatan udara pengering 0.6 m/s 6 Moisture Content (gr H 2 O/ gr sampel kering) 5 4 3 2 1 0 suhu 60 C suhu 70 C suhu 80 C 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Waktu (menit) 21
Kurva hubungan antara moisture content terhadap waktu pada pupuk NPK (15:15:15) berdasarkan perbedaan kecepatan udara (m/s) dengan ukuran partikel 6 mesh dan suhu 80 0 C Moisture Content (gr H 2 O/ gr sampel kering) 6 5 4 3 2 1 0 kecepatan 0.6 m/s kecepatan 1.4 m/s 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Waktu (menit) 22
Kurva hubungan antara moisture content terhadap waktu pada pupuk NPK (15:15:15) berdasarkan perbedaan ukuran partikel (mesh) dengan kecepatan udara pengering 0.6 m/s dan suhu 80 o C. Moisture Content (gr H 2 O/ gr sampel kering) 6 5 4 3 2 1 0 10 mesh 8 mesh 6 mesh 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Waktu (menit) 23
Kurva hubungan antara drying rate terhadap free moisture pada pupuk NPK (15:15:15) berdasarkan perbedaan suhu udara pengering ( C) dengan ukuran partikel 10 mesh dan kecepatan udara pengering 0.6 m/s Rate Drying (gr H 2 O/cm 3.menit) 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 suhu 60 C suhu 70 C suhu 80 C 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Free Moisture (gr H 2 O/ gr sampel kering) 24
Evaluasi model pengeringan
Model Two term eksponensial MR Model Two Term Eksponensial 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 +38 % -13.5 % a = 1.5224 T -0.1058 V 0.00034 D 0.0116 p k = 0.000017 T 1.581 V 0.4059 D 0.1909 p 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 MR Eksperimen 26
Hasil Analisa Statistik Model Two Term Eksponensial 27
1 0.9 0.8 Model midilli +7.6 % -5.3 % MR Model Midilli 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 a = 1.0940 T -0.01789 v -0.00629 D p -0.00693 b = -0.00167 T 0.00578 v 0.3547 D p -0.066 k = 0.0079 T -0.000022 v -0.000002 D p -0.0000014 n = 0.06711 T 0.65074 v 0.0226 D p -0.0697 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 MR Eksperimen 28
Hasil Analisa Statistik Model Midilli 29
Model Midilli 1 0.9 0.8 0.7 Moisture Ratio (MR) 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 50 100 150 200 250 300 Waktu (menit) 30
KESIMPULAN
1. Hasil penelitian menunjukkan bahwa suhu udara pengering dan kecepatan udara pengering memberi pengaruh yang signifikan terhadap laju pengeringan, sedangkan untuk ukuran partikel pupuk NPK (15:15:15) kurang memberikan pengaruh yang signifikan terhadap laju pengeringan. 32
2. Pada penelitian ini Model Midilli direkomendasikan sebagai model pengeringan untuk granular pupuk NPK (15:15:15) dengan nilai parameter dan koefisien model emipiris sebagai berikut : MR = a. exp (-kt n ) + bt a = 1.0940 T -0.01789 v -0.00629 D -0.00693 p b = -0.00167 T 0.00578 v 0.3547 D -0.066 p k = 0.0079 T -0.000022 v -0.000002 D -0.0000014 p n = 0.06711 T 0.65074 v 0.0226 D -0.0697 p 33
Kurva pengaruh ukuran partikel sampel terhadap laju pengeringan pupuk NPK variabel suhu 60 C dan kecepatan udara 0.6 m/s 0.03 10 mesh Rate Drying (gr H 2 O/cm 3.menit) 0.02 0.01 8 mesh 6 mesh 0 0 1 2 3 4 5 Free Moisture (gr H2O/ gr sampel kering)
Kurva pengaruh kecepatan udara pengering terhadap laju pengeringan pupuk NPK variabel suhu 60 C dan ukuran partikel 10 mesh 0.04 Rate Drying ( gr H 2 O/ cm 3.menit ) 0.03 0.02 0.01 kecepatan 0.6 m/s kecepatan 1.4 m/s 0 0 1 2 3 4 5 Free Moisture ( gr H 2 O/ gr sampel kering )