Skripsi1

PengaruhKecepatanPutarImpellerterhadapPolaAlir dalam
ReaktorBiogasdenganSide-EnteringPropeller
Nama Penyusun:
ISYA MAHENDRA (2312 100 092)
YOU AND AFFANDY (2312 100 111)
Pembimbing:
Prof. Dr. Ir. Sugeng Winardi, M.Eng.
Dr. Tantular Nurtono, S.T, M.Eng.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA DAN PENCAMPURAN

Latar belakang
 Biogas dapat dihasilkan dari pengolahan secara anaerobik (anaerobic
digestion) dengan bahan baku berupa limbah organik
 Limbah cair atau bahan organik yang digunakan untuk pembuatan biogas
memiliki kandungan sludge atau kotoran seperti halnya lumpur
 Proses pembuatan biogas berlangsung dalam waktu yang cukup lama
PengaruhKecepatanPutarImpellerterhadapPolaAlirdalamReaktorBiogasdenganSide-EnteringPropeller

Pengadukan pada reaktor biogas, bertujuan untuk:
 Mendistribusikan nutrien pada biogas digester secara merata
 Membentuk suspensi antara padat dan cair
 Menghindari terjadinya proses sedimentasi di dasar digester
 Mempermudah gas untuk bisa terangkat dari proses fermentasi substrat

Jenis pengaduk pada reaktor biogas
- Diperlukan pemasangan shaft yang rumit
- Rasio level liquid dan diameter tangki > 1
Top-entering
- Memberikan sirkulasi, terhindar dari
pengendapan
- Level liquid tidak lebih besar dari diameter
tangki
Side-entering

Apakah pola alir dalam tangki berpengaduk dipengaruhi oleh
kecepatan putar (rpm), ukuran diameter, jenis, dan sudut
masuk (side entry angle) impeller yang digunakan?
Perumusan
Masalah
- Menggunakan liquid satu fasa berupa air di dalam tangki
berpengaduk jenis silinder dengan dasar datar
- Menggunakan side-entering propeller dan inclined blade turbine
(IBT) kecepatan 100 - 400 rpm dan side entry angle sebesar 0o dan 15o
Batasan
Masalah

Mengetahui karakteristik pola alir dalam tangki berpengaduk
dengan side-entering propeller dan IBT dengan teknik
visualisasi menggunakan digital single-lens reflex (DSLR) camera
Tujuan
Penelitian
Memberikan informasi tentang karakteristik pola aliran fluida
pada side-entering propeller dan IBT dengan sistem satu fasa
(liquid) dengan teknik visualisasi menggunakan digital single-lens
reflex (DSLR) camera dalam tangki berpengaduk
Manfaat
Penelitian

Metodologi Penelitian

Susunan alat
Tampak atas
Tampak depan
β

Impeller
Diameter
Side Entry
Angle (β)
Tinggi
H’/H d/DTangki
(D) cm
Impeller
(d) cm
Tangki (H)
cm
Liquid (H’)
cm
Propeller
(3-blade)
40
3
0o
55 40 0.73
0.075
4 0.1
3
15o
0.075
4 0.1
IBT
(6-blade)
3
0o
0.075
4 0.1

Teknik visualisasi pola alir
- Tangki silinder dimasukkan ke dalam tangki kotak yang berisi air untuk menghilangkan
pengaruh indeks bias
- Pengamatan dilakukan dengan sistem pencahayaan berupa bidang cahaya yang
dilewatkan celah (slit) selebar 1 cm
- Partikel polyvynilchloride (PVC), warna putih, diameter rata-rata = 0.5 mm, densitas =
1200-1300 kg/m3, dan seberat ±100 gram digunakan sebagai penjejak (tracer particles)
yang dapat mengikuti aliran

Tampak depanTampak atas
Pembuatan bidang cahaya vertikal

Tampak depanTampak atas
Pembuatan bidang cahaya horizontal

Titik perhitungan kecepatan lokal aliran
- Pengambilan gambar selama 2 detik,
menghasilkan garis yang menunjukkan
arah dan jarak yang ditempuh oleh
tracer

Hasil dan Pembahasan

Hasil dan pembahasan
1. Pengaruh kecepatan putar impeller terhadap pola alir
Propeller 3 cm dan 4 cm dengan kecepatan putar 100-400 rpm
2. Pengaruh ukuran impeller terhadap pola alir
Propeller 3 cm dibandingkan dengan 4 cm
3. Pengaruh sudut masuk impeller terhadap pola alir
Propeller 4 cm, sudut masuk 0o dibandingkan dengan 15o
4. Pengaruh jenis impeller terhadap pola alir
Propeller ukuran 4 cm dibandingkan dengan inclined blade turbine (IBT) ukuran 4 cm

1. Pengaruh kecepatan putar impeller
Propeller 3 cm dan 4 cm dengan kecepatan putar 100-400 rpm

100 rpm
300 rpm
200 rpm
400 rpm
Propeller 3 cm

0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Diameter 3 cm
100 rpm 200 rpm 300 rpm 400 rpm

100 rpm
300 rpm
200 rpm
400 rpm
Propeller 4 cm

0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Diameter 4 cm
100 rpm 200 rpm 300 rpm 400 rpm

Pengaruh kecepatan putar impeller
1. Semakin tingginya energi yang diberikan kepada liquid pada aliran discharge, sehingga
liquid yang menuju ke bawah tangki akan kembali naik ke atas mengikuti lemparan
discharge dari impeller
2. Kecepatan putar berpengaruh terhadap kecepatan lokal aliran yang dihasilkan. Kecepatan
putar 400 rpm menghasilkan kecepatan aliran yang paling tinggi
3. Energi yang diberikan kepada aliran liquid, dimana semakin besar energi yang diberikan
motor ke impeller kemudian di transfer ke liquid di dalam tangki maka daerah stagnan
akan semakin menurun

2. Pengaruh ukuran impeller
Propeller 3 cm dibandingkan dengan 4 cm

Propeller 3 cm Propeller 4 cm
100 rpm
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
1 2 3 4 5 6 7 8 9
100 rpm
3 cm 4 cm

200 rpm
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
1 2 3 4 5 6 7 8 9
200 rpm
3 cm 4 cm

300 rpm
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1 2 3 4 5 6 7 8 9
300 rpm
3 cm 4 cm

400 rpm
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1 2 3 4 5 6 7 8 9
400 rpm
3 cm 4 cm

Pengaruh ukuran impeller
1. Diameter yang lebih besar menghasilkan daerah turbulen yang lebih besar, dimana hal ini
dipengaruhi oleh luasan daerah discharge impeller
2. Hal tersebut meningkatkan energi yang ditransfer oleh impeller ke liquid, sehingga pada
diameter yang lebih besar menghasilkan kecepatan yang lebih tinggi
3. Diameter impeller berpengaruh terhadap pola alir yang dihasilkan, peningkatan ukuran
impeller berbanding lurus dengan peningkatan nilai Nre. Dimana peningkatan nilai Nre
akan meningkatkan daerah turbulensi yang akan memberikan daerah kontak antara
molekul lebih luas

0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 100 200 300 400 500
Nre
rpm
3 cm
4 cm
Fully Turbulent, Nre > 104
𝑅𝑒 =
𝜌𝑁𝐷2
µ

3. Pengaruh sudut masuk impeller
Propeller 4 cm, sudut masuk 0o dibandingkan dengan 15o

Sudut masuk 0o
100 rpm
Sudut masuk 15o

Sudut masuk 0o
200 rpm
Sudut masuk 15o

Sudut masuk 0o
300 rpm
Sudut masuk 15o

Sudut masuk 0o
400 rpm
Sudut masuk 15o

Pengaruh sudut masuk impeller
1. Kesalahan dalam menentukan arah sudut yang dibentuk akan menghasilkan aliran
pusaran tangensial, yang dimana sirkulasinya kurang baik
2. Sudut masuk impeller yang dibentuk ke arah kanan garis tengah tangki, putaran impeller
diharuskan berputar secara berlawanan arah jarum jam
3. Sudut masuk impeller mengarah ke kiri dari garis tengah tangki, putaran impeller
diharuskan berputar searah dengan jarum jam (arah putaran dilihat dari belakang
impeller)

4. Pengaruh jenis impeller
Propeller ukuran 4 cm dibandingkan dengan inclined blade
turbine (IBT) ukuran 4 cm

Propeller
IBT
100 rpm
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Diameter 4 cm 100 rpm
Propeller IBT

Propeller
IBT
200 rpm
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Propeller IBT

Propeller
IBT
300 rpm
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Propeller IBT

Propeller
IBT
400 rpm
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Propeller IBT

Pengaruh jenis impeller
1. Perbedaan jenis impeller mempengaruhi pola alir di dalam tangki. IBT dengan 6 daun
(blade) menghasilkan energi yang lebih tinggi dibandingkan propeller 3 daun dengan
kecepatan putar impeller yang sama
2. Propeller menghasilkan tenaga (power) yang lebih rendah dibandingkan jenis lain impeller
dengan ukuran diameter dan kecepatan putar yang sama
3. Impeller jenis propeller membutuhkan kecepatan putar yang lebih cepat untuk mencapai
suatu nilai horsepower dan pumping capacity

Pumping capacity
1. Mengetahui flow rate atau volume fluida yang dikeluarkan oleh impeller dapat mengetahui
pengaruh kecepatan putar dan ukuran diameter impeller terhadap energi yang
disalurkan ke fluida di dalam tangki
2. Perhitungan pumping capacity ini dipakai impeller dengan ukuran 3 dan 4 cm dengan
kecepatan putar impeller 100-400 rpm

0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 100 200 300 400 500
Q(ml/s)
rpm
3 cm
4 cm

Hubungan pola alir dengan reaktor biogas
1. Aliran yang dihasilkan merupakan aliran yang bergerak secara aksial dari impeller
menyusuri dasar tangki, hal ini diperlukan untuk menghilangkan atau menyirkulasi
padatan yang terdapat di dasar tangki (sedimen)
2. Pentingnya kontak antara padatan dengan liquid akan mempercepat proses pembentukan
biogas
3. Sirkulasi berguna untuk mengangkat gas, sehingga sampai ke permukaan air dan keluar
dari suspensi

SARAN
1. Tracer yang digunakan sebaiknya memiliki densitas yang sama dengan air sehingga akan
menghasilkan aliran yang lebih nyata (seperti aliran air); serta mengurangi terendapnya
tracer pada dasar tangki
2. Sudut masuk impeller perlu dikurangi, dikarenakan menurut literatur sudut yang baik
antara 7o sampai 10o

TERIMA KASIH

Appendiks
1. Perhitungan Nre
Data penilitian:
Diameter impeller, D = 4 cm = 0.04 m
Kecepatan putar, N = 400 rpm = 6.67 rps
Densitas, ρ = 1000 kg/m3
Viskositas, µ = 0.001 kg/m.s
𝑅𝑒 =
𝜌𝑁𝐷2
µ
= 10666.7
2. Pumping capacity
Data penilitian:
Kecepatan discharge, v = 6.82 cm/s
Luas penampang, A = 12.56 cm2
Pumping capacity, Q = A . v
= 85.6 ml/s

Agitator Scale-up
1. Scale up Ratio, R
𝑅 =
𝐷 𝑇2
𝐷 𝑇1
2. New dimensions, example
Da2 = R Da1
3. Determine the agitator speed, N2
N2 = 𝑁1
1
𝑅
𝑛
= 𝑁1
𝐷 𝑇1
𝐷 𝑇2
𝑛
where n = 1 for equal liquid motion; n = 3/4 for equal suspension of solids; and n = 2/3 for equal
rates of mass transfer
(Geankoplis. Transport Processes and Separation Process Principles 4th Edition. Page 161)

Mixing time
- Calculate Nre
- Find ft (mixing factor) in Figure, then we
can calculate tT (mixing time) in s
- Similar geometry, scaling up
same power/unit volume
same mixing time
(Geankoplis. Transport Processes and Separation Process
Principles 4th Edition. Page 164)

Power consumption
- Curve 4 for Propeller (pitch = 2Da)
- Curve 5 for Propeller (pitch = Da)
- Calculate Nre
- Find Np (Power number) in Figure, then we
can calculate P in J/s or Watt
(Geankoplis. Transport Processes and Separation Process
Principles 4th Edition. Page 158)

Flow number
- Q in m3/s from the edge of the impeller is the flow rate perpendicular to the
impeller discharge area
- Where, NQ = 0.5 marine propeller
NQ = 0.75 pitched-blade turbine
(Geankoplis. Transport Processes and Separation Process Principles 4th Edition. Page 166)

Skripsi1

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Ähnlich wie Skripsi1

Ähnlich wie Skripsi1 (20)

Skripsi1