makalah pneumatic fix
TRANSCRIPT
-
UNIT OPERASI i : PROSES MEKANIK
PNEUMATIC CONVEYOR
Disusun oleh:
Kelompok 5
Bramantya Brian S. (21030112140169)
Dewi Puspitosari (21030112130100)
Fathia Mutiara Willis (21030112130109)
Intan Medinah (21030112130081)
Luthfi Choiruly (21030112130055)
Mayke Putri Hasta R. (21030112130128)
Pulung Sambadha (21030112120023)
Sumirat (21030112140154)
Vicky Kartika Firdaus (21030112130146)
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
2013
-
ii
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI .................................................................................................... ii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1
BAB II ISI
II.1. Sistem Komponen .............................................................................. 2
II.2. Metode Pneumatic Conveying ........................................................... 3
a. Dilute phase .................................................................................. 3
b. Dense phase .................................................................................. 4
II.3. Sistem kerja Pneumatic Conveyor ..................................................... 5
a. Sistem tekanan positif................................................................... 5
b. System tekanan negative atau vakum ........................................... 6
c. System kombinasi positif-negatif ................................................. 7
d. Vakum ganda dan system tekanan positif .................................... 9
II.4. Perancangan Pneumatic Conveyor (Dilute Phase Pneumatic
Conveyor)......................................................................................... 9
BAB III SIMPULAN ..................................................................................... 14
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 15
-
1
BAB I
PENDAHULUAN
Pneumatic conveyor atau conveyor udara berfungsi untuk memindahkan
bahan curah (bulk load) di dalam suatu aliran udara yang bergerak melalui pipa.
Penggunaan pneumatic conveyor banyak diterapkan pada industri makanan dan
minuman untuk mengangkut berbagai material kering dan material bubuk.
Kapasitas pneumatic conveyor bisa mencapai 300 ton/jam untuk satu pipa, dan
jarak perpindahan bisa mencapai 1,8 km dengan ketinggian 100 m tanpa
perpindahan antara.
Keuntungan menggunakan pneumatic conveyor adalah proses pemindahan
terjadi hampir tanpa losses karena material dipindah dalam pipa yang ditutup rapat.
Selain itu, unit proses ini memiliki kemampuan untuk memindahkan material
berdebu, menghemat uang dan ruang, kemampuan pemindahan bahan dalam
berbagai sudut dan arah, perawatan kecil, dan fleksibel. Namun, di samping itu,
pneumatic conveyor ini membutuhkan energy yang besar untuk pengangkutan yang
sama.
Prinsip dari pneumatic conveying adalah blower menghasilkan udara
dengan tekanan yang cukup tinggi, sehingga produk akan terbawa oleh udara
dengan kecepatan yang tinggi dalam conveying pipe dan pada air separator akan
dipisahkan dari udara.
-
2
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1. Equipment pada Pneumatic Conveyor
Gambar 1. Sistem komponen pada pneumatic conveyor
Berikut adalah bagian-bagian dalam Pneumatic conveying:
a. Rotary blower/centrifugal fan.
Merupakan alat yang digunakan sebagai pembangkit tenaga udara/angin
untuk penghembusan dan penghisapan produk.
b. Conveyor pipe.
Merupakan alat yang berbentuk pipa yang mengalirkan produk dari bawah ke
atas dengan sistem vacum.
c. Cyclone.
Merupakan alat yang digunakan untuk memisahkan produk dari udara yang
bebentuk cones dan dilengkapi dengan air lock. Produk dan udara yang
masuk kedalam cyclone secara tragensial akan membentuk gerakan spiral
yang mengakibatkan adanya gaya sentrifugal, sehingga terjadi pemisahan
produk dengan kecepatan konstan. Udara akan keluar melalui outlet
sedangkan produk akan keluar melalui air lock.
-
3
d. Filter.
Merupakan alat yang digunakan untuk memisahkan udara dari produk yang
tidak berhasil dibersihkan oleh cyclone karena efisiensi cyclonehanya antara
70% hngga 90%.
Dalam sistem pneumatik, tekanan udara diubah dengan penggerak
udara (air mover), yang menghasilkan tekanan atau vacuum. Ketika berada di
awal sistem, air mover mendorong udara melalui sistem dan sistem beroperasi
di bawah tekanan. Ketika berada di akhir sistem, penggerak udara menarik
udara melalui sistem dan sistem berjalan di bawah vakum. Dengan
mengendalikan tekanan atau vakum dan aliran udara di dalam sistem, maka
sistem dapat mentransfer material.
II.2. Metode Pneumatic Conveyor
Berdasarkan prinsip operasinya, Pneumatic conveying sistem dibagi
menjadi dua yaitu dilute phase dan dense phase. Dimana keduanya dapat
bekerja secara under pressure atau vacuum.
a. Dilute Phase
System ini bergantung pada kecepatan aliran udara. Di awal system,
kecepatan aliran udara (dimana material diambil, tertahan di feedpoint),
umumnya dianggap sebagai daerah kritis karena udara pada kecepatan
terendah dalam seluruh system terdapat pada titik ini. Material turun dari
keadaan statis ke dalam aliran udara.
Kecepatan udara yang dibutuhkan untuk mengambil bahan tergantung
pada masing-masing partikel ukuran dan padatan, tetapi dapat berkisar 3,000
untuk 8.000 fpm (feet per menit). Air mover juga harus mampu mengatasi
hambatan aliran yang disebabkan oleh hilangnya gesekan udara dan material
terhadap dinding conveyor.
Dilute phase beroperasi pada kecepatan yang relative tinggi di perbedaan
tekanan yang relative rendah. Untuk merancang pneumatic dilute phase harus
menggunakan perhitungan massa (pon bahan/ pon udara). Sedangkan untuk
-
4
mempertimbangkan suhu udara ambient lokasi, kelembaban, dan altitude
(ketinggian tempat).
Gambar 2. System pneumatic conveying tipe dilute phase
b. Dense Phase
Dalam system ini, bahan dari penyimpanan dimuat oleh gravitasi ke
transporter. Setelah transporter penuh, katup inlet bahan dan ventilasi katup
ditutup dan dikompresikan udara lalu dicampurkan ke dalam transporter.
Dikompresi udara ekstrud material transporter ke conveyor line dank e
destination. Saat transporter dan conveyor line kosong, udara terkompresi
dimatikan dan transporter reloaded. System ini terus terjadi sampai semua
material yang dibutuhkan untuk proses tersebut telah ditransfer.
-
5
Gambar 3. System pneumatic conveying tipe dense phase
II.3. Prinsip Kerja Pneumatic Conveyor
a. Sistem Tekanan Positif (Positive Pressure System)
Sistem tekanan positif beroperasi di atas tekanan atmosfer dan
digunakan untuk memindahkan bahan dari sumber tunggal atau ganda untuk
satu atau beberapa tujuan, jarak yang digunakan menengah dengan kapasitas
lebih besar dari yang mungkin dilakukan dengan menggunakan sistem
vakum. Terdiri dari rotary airlock, penyaring/ pemisah, susunan siklon, dan
blower. Skema di bawah ini menunjukkan pengaturan dari komponen
sistem tekanan positif:
-
6
-
7
Bahan memasuk pipa conveyor dengan tekanan lebih tinggi, melalui
perangkat umpan khusus, biasanya katup (rotary airlock valve). Bahan ini
sering tersuspensi dalam aliran udara dan bergerak dengan kecepatan yang
relatif tinggi tergantung pada ukuran partikel padat. Bahan yang tersuspensi
dengan udara dipisahkan pada titik terminal dengan suatu penyaring /
pemisah siklon, lalu bahan langsung ke masuk ke pipa proses yang dibuang
ke perangkat berkumpulnya debu hilir.
Dalam sistem semacam ini, bahan tidak melalui fan / blower. Maka
ada dua keuntungan ini. Pertama, roda kipas tidak merusak bahan. Kedua,
kipas tidak mengalami keausan karena bahan. Sistem ini umumnya
beroperasi secara terus menerus (continue) bahan terus dimasukan pada titik
awal, dan tiba di tempat tujuan tanpa gangguan. Hal ini memungkinkan
sistem semacam ini mudah diadaptasi untuk kapasitas dan aplikasi berat
terus menerus.
b. Sistem Tekanan Negatif atau vakum (Negative Pressure Or Vacuum
System)
Sistem conveying tekanan negatif beroperasi dengan tekanan di
bawah tekanan atmosfer. Tekanan negatif (vakum) umumnya digunakan
untuk memindahkan materi dari berbagai sumber seperti tangki penyimpan,
peralatan proses, truk dan mobil, ke satu atau beberapa tujuan. Sistem
vakum sangat baik untuk beberapa sisi masuk, produk melalui katup
pengalir sederhana, tetapi mahal jika produk memiliki beberapa tempat
tujuan karena masing-masing harus memiliki receiver penyaring sendiri
dengan kemampuan vakum parsial.
-
8
-
9
Sistem tekanan negatif umumnya menggunakan penghisap hingga
50 % vakum untuk memindahkan materi melalui pipa ke tujuan dimana
udara dan produk dipisahkan di tempat dengan receiver penyaringan , atau
siklon. Produk memasuki conveyor secara langsung, atau dengan metering
jika diperlukan, melalui katup (rotary airlock valve). Bahan dibuang secara
terus menerus oleh airlock rotary atau sesekali oleh katup hopper, ke tangki
penyimpanan atau titik pembuangan lainnya. Dalam sistem vakum, tidak
ada yang menyentuh bahan dan tidak ada debu dapat melarikan diri ke
atmosfer. Untuk menghindari kebocoran maka dibuat penahanan yang kuat,
terutama ketika digunakan untuk bahan berbahaya.
Kelemahan dari sistem ini adalah bahwa jika tempat tinggi atau jauh
jaraknya, komponen harus dirancang untuk vakum tinggi. Hal ini
menambah biaya untuk komponen dan harus dipertimbangkan ketika
membandingkan metode transportasi .
-
10
c. Kombinasi Positif - Negatif Sistem (Combination Of Positive Negative
System)
Sistem tarik-dorong menggabungkan keuntungan dan manfaat dari
kedua sistem tekanan negatif dan positif dalam satu sistem. Sistem ini
digunakan di mana ada beberapa titik masuk materi, dan beberapa titik
pengiriman. Dapat digunakan untuk mentransfer bahan dari berbagai
sumber ke beberapa lokasi pembuangan dan dengan demikian dapat
memperpanjang jarak sistem vakum.
Perlindungan dibuat untuk pengisap atau blower dari kemungkinan
masuknya material, seperti dengan sistem tekanan negatif. Daya yang
tersedia untuk sistem tersebut harus dibagi antara dua bagian, dan jaringan
pipa untuk dua bagian harus diukur hati-hati untuk memperhitungkan
tekanan operasi yang berbeda.
Beberapa penggerak udara, seperti blower beroperasi pada rasio
tekanan tertentu ini berarti mesin tidak akan mampu beroperasi selama
rentang tekanan yang sama dengan tugas gabungan dibandingkan dengan
operasi masing-masing. Meskipun penggerak udara dibagi antara dua
sistem, masing-masing bagian dari sistem akan membutuhkan unit filtrasi
sendiri.
-
11
d. Vakum Ganda Dan Sistem Tekanan Positif (Dual Vacuum And Positive
Pressure Systems)
Jika pengangkutan bahan membutuhkan sistem vakum lebih dari
kombinasi sistem tekanan negatif dan positif, khususnya dalam hal jarak,
maka sistem dual harus dipertimbangkan. Dalam kombinasi ini dua elemen
conveying dipisahkan dan dua penggerak udara disediakan. Dengan ini
berarti penggerak udara disesuaikan agar dapat digunakan untuk sistem
vakum dan sistem tekanan positif yang paling tepat dapat digunakan untuk
transfer material seterusnya.
Dengan kemampuan menggunakan udara bertekanan tinggi untuk
membawa bahan, conveying fase padat memungkinkan untuk beberapa
bahan yang tepat. Jika bagian off loading vakum hanya berjarak pendek,
memungkinkan bahwa bahan dapat dibawa dalam fase padat. Sekali lagi
karena ada dua sistem yang terpisah, dua perangkat pemisahan gas-padat
juga harus disediakan.
II.4. Perancangan Pneumatic Conveyor (Dilute Phase Pneumatic Conveyor)
Source :(Pneuveyor System Technical Newsletter No.6 and Klnzing,
Pneumatic Conveyor of Solids, 1997,dalam Stuart, 2002)
-
12
Example Proublem :
Plastic Pellet dengan massa jenis 561 kg/m3 (35 pounds/feet3), dilewatka
dalam jarak 61 meter (200 feet)dengan kapasitas 9072 kg/jam (10 ton per
jam) melalui sistem conveyor bertekanan.
Key Design Parameters:
1. Line Size
2. Volume Udara yang digunakan
3. Pressure drop pada sistem
Solution :
1. Mengasumsikan berdasarkan data dari material properties minimum
conveying velocity (FPM) dan Line Size (ukuran pipa).
Pada kasus ini untuk Plastic pellet , Kecepatan minimum conveying
bergantung pada pada rasio solid dan massa udara.
a. FPM (velocity) : 22,86 meter/detik (4500 feet/menit)
b. Line size : digunakan pipa 4 inchi (0,1016 meter)
c. Pressure drop : 68.95 kPa (10 psi)
2. Kecepatan minimum yang dibutuhkan berada pada saat Tekanan
Maksimum , ketika Umpan (feed) di inputkan kedalam sistem.
Volume udara di input :
Q1 = velocity x Pipe Area (vol.pipa)
= 22,86 x x (0,1016
2)2
= 0,1853 meter3/ detik (new)
Presssure drop merupakan energi yang dibutuhkan untuk mendukung sistem
ketika mentrasnport material. Maka dapat disimpulkan Pressure drop berada
pada input dikarenakan sistem yang digunakan merupakan sistem tekanan
positif.
Pada output juga mempunyai volume udara , dengan asumsi suhu
tetap. Pada input tekanan atsmosfer ditambah dengan tekanan yang
-
13
dihasilkan dari blower (68,93 kPa) sedangkan pada bagian
output,tekanan sama dengan tekanan atsmosfer (101,325 kPa)
dikarenakan sistem kontak dengan lingkungan.
Q1 x P1 = Q2 x P2
Q2 = 1 1
2
Q2 = 0,1853 (101,325+68,93)
101,325 (1)
Q2 = 0,3114 meter3 / detik (660 feet3/menit)
Dari perhitungan Q2 diatas dapat disimpulkan bahwa kita membutuhkan air
movers (blower) yang dapat menghantarkan udara sebanyak 0,3114
m3/detik (660 scfm) pada 68,93 kPa (10 psi).
Pada proses ini diasumsikan bahwa temperature tetap, Density dan
viskositas dari udara dapat dihitung :
in = 2,061 kg/m3
Viscosity = 0,000019 PAs
out = 1,225 kg/m3
Viscosity s= 0,000019 PAs
Rasio Massa Solid dan massa udara , Frounde number (Fr)
dibutuhkan untuk mendapat solid friction factor,
=
=
2,52 /
0,18533
2,061 /
(2)
= 6,599
Velocity output
Vout = 2
(3)
Vout = 0,3114
(0,1016
2)
2
-
14
Vout = 38,41 m/s
Velocity rata-rata dalam pipa/saliran conveying
vavg = 22,86+38,41
2 (4)
Vavg = 30,64 m/s (6,030 feet/menit)
Frounde number rata-rata
Fravg =
=
30,64
0,1016 9,81 (5)
Fravg = 30,69
Dari data friction factor polystirenne pellet pada Frounde number
30,69 (Klinzing, 1997) :
Solid/air mass ratio Friction factor,
3 0,0010
5 0,009
7 0,008
9 0,0075
Dari tabel diatas , solid friction ratio didapat 0,0082 (metode interpolasi)
Selanjutnya , mencari Pressure drop solid saat ditranportasikan
= 2
2
(6)
= 6,599 0,0082 1,64330,642
2
61
0,1016
= 25056,08 Pa
Mencari Pressure drop udara pada pipa, berdasarkan pressure drop
yang kita asumsikan di awal perancangan , 10 psi. Friction factor
udara dapat dihitung dengan menggunakn Reynolds number :
Re =
=
1,64330,640,1016
0,000019 (7)
-
15
Re = 269195
Untuk menghitung Friction factor udara digunakan Koo Equation
:
f= 0,0014 + 0,125
0,32 (8)
f= 0,0014 +0,125
2691950,32
f= 0,003687
Pressure drop udara selama conveying proses berlangsung adalah
sebagai berikut :
= 4 f
2
2 (9)
= 4 0,00368761
0,1016
1,64330,642
2
= 6928,95 Pa
Tekanan total untuk melakukan proses conveying pada jarak 61
meter (200 feet) dalam pipa adalah :
= P solid + P udara
= 25056,08 Pa + 6928,95 Pa
= 31985,03 Pa (4,63 Psi)
Dari hasil tersebut didapat tekanan total yang dibutuhkan untuk
mentranspor Plastic pellet sebesar 4,63 Psi. Hal ini menunjukan
tekanan jauh dari asumsi kita yaitu 10 Psi , oleh karena itu diperlukan
langkah Iterasi untuk mencapai hasil yang konvergen.
Asumsi ke-2 :
Tekanan : 27,57 Pa (4 psi)
Ukuran pipa : 0,1016 meter (4 inchi)
Minimum velocity : 22,86 m/s (4500 feet/menit)
-
16
Untuk iterasi langkah yang dilakukan sebagai berikut :
1. Hitung nilai Q2 (Pers.1) :
Q2 = 0,1853 (101,325+27,57)
101,325 = 0,2357 m3/sekon
2. Mencari nilai : 1,560 kg/m3
3. Viscosity in : 0,000019 PAs
4. Solid-air mass ratio , (Pers.2) : 8,718
5. V out (Pers.3) : 29,07 m/sekon (5,277 feet/menit)
6. V avg (Pers.4) : 25,97 m/sekon (5,111 feet/menit)
7. Fr avg (Pers.5) : 26,01
8. Penentuan Friction Factor :
Solid/air mass ratio Friction factor,
3 0,00105
5 0,00925
8 0,008
9 0,007
9. Penentuan nilai (Pers.6) : 21370 Pa (3,10 psi)
10. Penentuan Reynold Number (Pers.7) : 193378
11. Penentuan nilai f
dengan Koo Equation (Pers.8) : 0,003942
12. Penentuan (Pers.9) :4443 Pa (0,6444 psi)
13. Total Pressure drop :
= +
= 21370 + 4443
= 25813 Pa (3,75 psi)
-
17
Asumsi kita dan hasil perhitungan sekarang sudah mendekati.
Jadi , jika kita mengesampingkan pengaruh suhu, start loss, filter ,
cyclone loss, bend losses, maka sistem design kita sebagai berikut :
Blower : 0,2357 m3/sekon (499 scfm@4psi)
Line size : 0,1016 meter (4 inchi)
Minimum velocity : 22,86 meter/sekon (4500 feet/menit)
Hal yang sangat perlu dipertimbangkan adalah minimu velocity
untuk conveying tidak bisa ditentukan , hanya bisa dihitung secara
eksperimental.
Dari tekanan total yang diperoleh bisa ditentukan Air Horse Power
(AHP) dengan rumus sebagai berikut :
Nilai CFM yang didapat adalah :
CFM riil = cfm /lb. X kapasitas (lb/menit)
Cfm riil = 42 cfm/lb. X 333,33 lb/menit
Cfm rill = 13999,33 cfm (13999,33 feet3/menit)
Nilai AHP yang didapat dari Perhitungan adalah :
= 13999,33 25813
6356 = 56854,11 HP = 42396,17 kW
Jadi, untuk mengangkut/mengconveying beban kapasitas 9072
kg/jam , dengan tekanan 27,57 Pa diperlukan energi 42396,17
Kw
-
18
BAB III
SIMPULAN
Pneumatic conveyor atau conveyor udara berfungsi untuk memindahkan
bahan curah (bulk load) di dalam suatu aliran udara yang bergerak melalui pipa.
Bagian-bagian pneumatic conveyor antara lain rotary blower, conveyor pipe,
cyclone, dan filter.
Berdasarkan prinsip operasinya, Pneumatic conveying sistem dibagi
menjadi dua yaitu dilute phase dan dense phase. Dimana keduanya dapat bekerja
secara under pressure atau vacuum. Sedangkan pronsip kerjanya dibagi empat sitem
yaitu system tekanan positif, system tekanan negative atau vakum, system
kombinasi positif-negatif, serta vakum ganda dengan system tekanan positif.
Untuk menentukan desain conveyor jenis dilute phase harus
mempertimbangkan beberapa hal, antara lain spesifikasi material (ukuran partikel,
bentuk partikel, massa jenis, permeabilitas, kohesi, toxicity, reaktifitas, dan efek
elektrostatik) dan atribut sistem yang termasuk dalam ketahanan pipa dan
kecocokan reaktifitas dan abrasi dari senyawa kimia.
-
19
DAFTAR PUSTAKA
A. Bhatia. Pneumatic Conveying Systems. Greyridge Farm Court Stony Point, NY:
Continuing Education and Development, Inc.
Caesar. 2012. Macam-macam Conveyor. Diakses dari http://caesarvery.blogspot.
com/2012/11/macam-macam-conveyor.html pada 3 Desember 2013 pukul
20:22 WIB.
Ikhsanudin, Anwar. 2010. Proses Produksi Tepung Terigu. Program Studi DIII
Teknologi Hasil Pertanian. Universitas Sebelas Maret. Surakarta.
Mills, David. 2004. Pneumatic Conveying Design GuideSecond Edition. Linacre
House, Jordan Hill, Oxford : Elsevier Butterworth-Heinemann.
Mills, David, Mark G. Jones, dan Vijay K. Agarwal. 2004. Handbook of Pneumatic
Conveying Engineering. Madison Avenue, New York: Marcel Dekker, inc.
Stuart, John.2002.Pneumatic Conveying, Dilute-Phase Design Guideline.
Engineering Standar.Nova Chemical.