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.