Top Banner
24-Mar-14 1 MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012 RYN PERANCANGAN MIXER MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012 Mechanical Mixing Tujuan : Sifat 2 baru (rheologi, organoleptik, fisik) untuk melarutkan berbagai campuran Meningkatkan transfer massa dan panas Struktur makanan baru
13

PERANCANGAN MIXER - · PDF fileterhadap rasio konstanta daya / volume MATERI KULIAH KALKULUS TEP ... dispersi dan emulsi yang halus • Tegangan geser rendah digunakan untuk mencampur

Feb 05, 2018

Download

Documents

buikhanh
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: PERANCANGAN MIXER - · PDF fileterhadap rasio konstanta daya / volume MATERI KULIAH KALKULUS TEP ... dispersi dan emulsi yang halus • Tegangan geser rendah digunakan untuk mencampur

24-Mar-14

1

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012 RYN

PERANCANGAN MIXER

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

Mechanical Mixing

Tujuan :

Sifat2 baru (rheologi, organoleptik, fisik)

untuk melarutkan berbagai campuran

Meningkatkan transfer massa dan panas

Struktur makanan baru

Page 2: PERANCANGAN MIXER - · PDF fileterhadap rasio konstanta daya / volume MATERI KULIAH KALKULUS TEP ... dispersi dan emulsi yang halus • Tegangan geser rendah digunakan untuk mencampur

24-Mar-14

2

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

• Hubungan antara kualitas produk dengan parameter operasi sering

di bangun secara empiris, sehingga desain sistem mixing sering kali

tidak berdasarkan prinsip ilmu

• Desain mixer berkembang:

• Eksperimental sebagian numerik dan sekali percobaan (lebih

efisien)

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

Perbedaan tipe sistem untk desain mixing yg berbeda

• Solid-solid mixing: semua bahan harus tercampur secara seragam

untuk menyediakan komposisi nutrisi yg konsisten (pelabelan), untuk

pengaruh tekstur atau untuk memberikan rasa yang khas

• Solid-liquid mixing: Penambahan padatan ke cairan. Penambahan

cairan dalam padatan merupakan kunci dari beberapa proses

produksi seperti batter, pasta dan dough

• Liquid-liquid mixing: Penciptaan emulsi merupakan kunci dari proses

pembuatan margarine

• Gas-liquid mixing: Pecampuran udara pada fermentasi aerob

Page 3: PERANCANGAN MIXER - · PDF fileterhadap rasio konstanta daya / volume MATERI KULIAH KALKULUS TEP ... dispersi dan emulsi yang halus • Tegangan geser rendah digunakan untuk mencampur

24-Mar-14

3

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

Campuran non-random dan random

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

Mekanisme Dispersi dan Distribusi

Page 4: PERANCANGAN MIXER - · PDF fileterhadap rasio konstanta daya / volume MATERI KULIAH KALKULUS TEP ... dispersi dan emulsi yang halus • Tegangan geser rendah digunakan untuk mencampur

24-Mar-14

4

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

Pengujian Mixing

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

Desain Mixer tergantung pada

• Sifat fisik dan rheologi bahan awal

• Produk akhir

Page 5: PERANCANGAN MIXER - · PDF fileterhadap rasio konstanta daya / volume MATERI KULIAH KALKULUS TEP ... dispersi dan emulsi yang halus • Tegangan geser rendah digunakan untuk mencampur

24-Mar-14

5

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

Review Viskositas

Newtonian

Non – Newtonian

Power Law

yz = 0 + k(˙yz)n Model Herschel-Bulkley

(yz)0.5 = (0)0.5 + k(˙yz)

0.5 Model Casson

Persamaan power law dapat dilinierisasi dengan mengambil natural logaritmik

pada kedua sisi untuk menentukan n dan k

Page 6: PERANCANGAN MIXER - · PDF fileterhadap rasio konstanta daya / volume MATERI KULIAH KALKULUS TEP ... dispersi dan emulsi yang halus • Tegangan geser rendah digunakan untuk mencampur

24-Mar-14

6

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

MIXER CAIRAN

• Pemilihan tergantung dari volume dan viskositas fluida.

• Pengaduk kecepatan tinggi (propeller, turbines, hydrofoils)

• Pengaduk kecepatan rendah (anchor, paddles, ribbon dan screw)

Page 7: PERANCANGAN MIXER - · PDF fileterhadap rasio konstanta daya / volume MATERI KULIAH KALKULUS TEP ... dispersi dan emulsi yang halus • Tegangan geser rendah digunakan untuk mencampur

24-Mar-14

7

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

Tangki Pengaduk

Dasar unit pengadukan adalah tangki.

Bentuk umum: bejana silinder vertikal

Untuk fluida viskositas rendah, tangki ditambah dengan baffle

untuk mencegah vortex – (untuk fluida kental tidak efektif)

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

Dimensi Umum:

H/D = 1

d/D = 1/3

h/H = 1/3

B/D = 1/10

H

D

d h

B

Page 8: PERANCANGAN MIXER - · PDF fileterhadap rasio konstanta daya / volume MATERI KULIAH KALKULUS TEP ... dispersi dan emulsi yang halus • Tegangan geser rendah digunakan untuk mencampur

24-Mar-14

8

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

Pencampuran dalam tangki dinyatakan dengan bilangan Reynold (Re)

Untuk fluida Newtonian

𝑅𝑒 =𝑁𝑑𝜌

dimana: N: kecepatan putaran pengaduk (1/s)

d : diameter impeller (m)

: densitas (kg/m3)

: viskositas (Pa.s) Laminar < 10

Transtition 10 < Re < 10000

Turbulent Re > 10000

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

Untuk Fluida Non-newtonian

𝑅𝑒 =𝜌𝑑2

𝐾𝛽𝑛−1𝑁𝑛−2

dimana K dan n adalah konstanta karaktersitik rheologi dari

persamaan power law

𝜏 = 𝐾𝛾𝑛

: Shear stress (Pa)

: Shear rate (1/s)

= konstanta karakteristik

bahan (10 s.d.13)

𝛾 = 𝛽𝑁

Page 9: PERANCANGAN MIXER - · PDF fileterhadap rasio konstanta daya / volume MATERI KULIAH KALKULUS TEP ... dispersi dan emulsi yang halus • Tegangan geser rendah digunakan untuk mencampur

24-Mar-14

9

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

Daya Mixing

Persamaan empiris daya mixing:

𝑃𝑜 = 𝐾𝑅𝑒𝑛𝐹𝑟𝑚

Po: power number

𝑃𝑜 =𝑃𝐴

𝜌𝑁3𝑑5

𝐹𝑟 =𝑁2𝑑

𝑔

Pada aliran laminar 𝑃𝐴 = 𝑐𝐿𝑁2𝑑3

Dimana:

PA = daya pengaduk (W)

g = 9.81 m/s2

K, m, n = konstanta karakteristik

dari sistem yang di aduk

Fr = ukuran vortex

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

Page 10: PERANCANGAN MIXER - · PDF fileterhadap rasio konstanta daya / volume MATERI KULIAH KALKULUS TEP ... dispersi dan emulsi yang halus • Tegangan geser rendah digunakan untuk mencampur

24-Mar-14

10

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

Diagram Pemilihan Pengaduk

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

Catatan-catatan khusus dalam perancangan Mixer

• fluida vicous

• perlu impeller dengan diameter besar (misal paddles)

• d/D > 0.5, N > 20 rpm (untuk fluida newtonian) untuk

mencegah cavitas di sekitar propeller

• Daya +- 2 kW

• Kebutuhan daya tangki 2 – 100 kW

Page 11: PERANCANGAN MIXER - · PDF fileterhadap rasio konstanta daya / volume MATERI KULIAH KALKULUS TEP ... dispersi dan emulsi yang halus • Tegangan geser rendah digunakan untuk mencampur

24-Mar-14

11

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

• Mixer padatan dalam sistem cairan kecepatan cukup tinggi untuk mencegah partikel diam perlu pemilihan tipe impeller dan rasio d/D yang tepat

• Mixer gas-cairan digunakan untuk mengabsorb oksigen dalam fermentasi aerobic dapat digunakan turbine kecepatan tinggi dan supplai gas dari bawah

• Fluida dengan viskositas tinggi dan non newtonian perlu pengaduk khusus

• Pola mixing dan karakteristik produk merupakan hal yang kompleks

• Scale up industri didasarkan pada konstanta sifat-sifat bahan dari pada terhadap rasio konstanta daya / volume

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

• Tegangan geser tinggi oleh agitator diperlukan untuk membuat

dispersi dan emulsi yang halus

• Tegangan geser rendah digunakan untuk mencampur partikel

padat ke fase padat atau cair

• Segregasi partikel dari produk hasil pencampuran harus diperhatikan

Page 12: PERANCANGAN MIXER - · PDF fileterhadap rasio konstanta daya / volume MATERI KULIAH KALKULUS TEP ... dispersi dan emulsi yang halus • Tegangan geser rendah digunakan untuk mencampur

24-Mar-14

12

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

Static Mixer

Re = 1 Re = 80

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012

Chaotic Advection

• Turbulensi sifat bahan

• Chaotic advection (Aref (1984) sederhana, non turbulen

Chaotic mixing

Page 13: PERANCANGAN MIXER - · PDF fileterhadap rasio konstanta daya / volume MATERI KULIAH KALKULUS TEP ... dispersi dan emulsi yang halus • Tegangan geser rendah digunakan untuk mencampur

24-Mar-14

13

MATERI KULIAH KALKULUS TEP – FTP – UB - 2012 RYN

THANK YOU