Praktikum Size Reduction

SIZE REDUCTION

I.

TUJUAN 1. Melakukan pengukuran partikel dengan metode sieving 2. Mengukur daya (energi) yang terpakai pada size reduction 3. Menghitung reduction ratio untuk bahan yang berbeda-beda 4. Menerapkan Hukum Kick dan Rittinger dan menghitung indeks kerja 5. Membuat laporan praktikum secara tertulis

II.

DASAR TEORI Size reduction diaplikasikan dalam semua proses dimana partikel padatan

dipecah atau dihancurkan menjadi bagian lebih kecil (Mc.Cabe, 1985). Pemecahan bahan-bahan menjadi bagian-bagian yang lebih kecil merupakan suatu operasi yang penting di dalam industri pangan. Dasar-dasar teori operasi ini relatif belum banyak dikembamgkan. Kebanyakan operasi didasarkan pada pengalaman empiris dan sangat sering menyangkut mekanisasi operasi yang mula-mula dilakukan dengan tangan ( Rostika, 2012). Size reduction digunakan untuk menambah reaktifitas padatan, hal ini memudahkan untuk pemisahan bahan yang tidak diinginkan melalui metode mekanik (Mc.Cabe, 1985). Pengecilan ukuran dapat dibedakan menjadi pengecilan yang ekstrim (penggilingan) dan pengecilan ukuran yang relatif masih berukuran besar misalnya pemotongan menjadi bentuk-bentuk yang khusus. Pengecilan ukuran dapat dilakukan secara basah dan kering. Keuntungan-keuntungan yang didapat melalui penggilingan basah antara lain mudah memperoleh bahan sangat lembut, berlangsung pada suhu yang tidak tinggi dan sedikit kemungkinan terjadi oksidasi/ledakan. Oleh karena itu sering kali ditambahkan air untuk bahan yang sedikit mengandung air. Ada tiga macam gaya yang digunakan untuk mendapatkan efek pengecilan ukuran gaya yang digunakan untuk mendapatkan efek pengecilan ukuran. Ketiga

1

macam gaya tersebut adalah penekanan (compressive), pukulan (impact) dan gaya sobek (shear, attrision). Jenis gaya yang digunakan akan menentukan tipe atau rancangan peralatan yang tepat. Performansi mesin untuk size reduction ditentukan oleh: kapasitas, daya yang digunakan per unit bahan, ukuran dan bentuk produk. Selama pengecilan ukuran bentuk produk mengalami perubahan dan menghasilkan desakan. Makin lama desakan makin basar hingga dapat mematahkan gaya kohesi dan terbentuk suatu retakan yang makin meluas. Suatu energi harus dibersihkan untuk merubah bentuk dan memecah bahan. Energi ini makin besar untuk kekuatan pemecahan yang lebih besar bila bahan lebih keras. Setiap alat penggiling akan menghasilkan partikel-partikel dengan ukuran dan bentuk-bentuk yang berbeda-beda. Salah satu masalah yang cukup mendasar adalah bagaimana menentukan diameter masing-masing partikel sehingga diameter rata-rata awal dan akhir dapat diketahui. Cara yang sering digunakan adalah dengan analisis ayakan. Hukum yang berbeda untuk nilai yang berbeda dari eksponen yang telah di perkirakan yaitu (FM306: size reduction and sieving) : 1.

Hukum kick Kick beranggapan bahwa energi atau power yang dibutuhkan untuk pemecahan partikel suatu bahan adalah berbanding lurus dengan rasio dari diameter partikel keluar grinder dan diameter awal bahan, (McCabe, 1958). Semakin jauh range atau perbedaan ukuran partikel sebelum dan sesudah masuk size reduction maka power yang dibutuhkan juga akan semakin besar pula Berikut adalah rumus hukum Kick

2.

Hukum Rittinger Rittinger beranggapan bahwa besarnya power yang diperlukan untuk size reduction berbanding lurus dengan selisih diameter partikel awal dan akhir 2

dari bahan, ( McCabe, Smith and Harriot - Unit Operations of Chemical Engineering - 5th ed, part of Size Reduction ).

3.

Hukum bond Hukum bond (1952) sejauh ini merupakan pendekatan yang paling realistik untuk perkiraan kebutuhan energi untuk crushing dan grinding. Menurut bond. Kerja yang dihasilkan untuk membentuk partikel ukuran Dp dari suatu padatan yang sangat besar sebanding dengan akar pangkat dua dan perbandingan luas muka dan volume. Bentuk akhir hukum bond yaitu:

Dimana Kb bergantung pada jenis mesin dan bahan yang dipecah. Nilai Kb terhubung dengan indeks kerja (work indeks).

Wi : work indeks

3

III. PROSEDUR KERJA 1)

Alat a. Saringan 150 mesh

b. Cawan porselen

c. Saringan 34 mesh

d. Spatula

e. Blender

f. Baskom

Gambar III.1 Alat-Alat Praktikum Size Reduction

2) Bahan a. Kacang kedelai b. Batu bata

4

3) Skema Kerja

a. Size reduction untuk kacang kedelai Kacang kedelai dihancurkan Bubuk kacang kedelai Diayak dengan saringan 150 mesh Bubuk halus kacang kedelai

b. Size reduction untuk Batu bata Batu bata dihancurkan Bubuk batu bata Diayak dengan saringan 34 mesh Bubuk halus batu bata

5

IV.

Hasil dan pembahasan 1. Hasil Percobaan 1. Mengukur diameter partikel a. Batu bata b. Kacang kedelai 2. Mengukur berat partikel 3. Menghaluskan partikel dengan blender a. Batu bata b. Kacang kedelai

Hasil 0,7 cm 0,6 cm Masing masing 100 gram

1,5 menit 6 menit

4. Menyaring partikel a. Batu bata b. Kacang kedelai

Lolos 100 % saringan 34 mesh Lolos 80 % saringan 150 mesh

5. Mengukur diameter partikel setelah size reduction a. Batu bata b. Kacang kedelai

100 mesh ( 150 mikron = 0,15 mm) 150 mesh (106 mikron = 0,106 mm) -

2. Pembahasan Pada praktikum size reduction ini dilakukan proses kominusi atau pengecilan ukuran pada suatu bahan. Pada praktikum ini kita menggunakan 100 gram biji kedelai kering dan100 gram batu bata dengan ukuran yang sama sebagai bahan utama yang akan kita kominusi. Sedangakan untuk grindernya kita memakai blender biji-bijian yang memiliki daya atau power 400 watt. Salah satu tujuan dari praktikum ini adalah praktikan mampu melakukan pengukuran partikel dengan metode sieving serta mampu menerapkan hokum Kick dan Rittinger dan menghitung indeks kerja. Oleh karena itu dalam praktikum ini kami mencatat beberapa beberapa variabel yang berhubungan dengan persamaan-persamaan di dalam hukum Rittinger dan hukum Kick, serta persamaan Bond yang berhubungan dengan Indeks Kerja Size Reduction.

6

Sebelum bahan kami masukan ke blender kami mengukur diameter kedua bahan sebagai data diameter partikel feed. Dari pengukuran kami peroleh diameter kedelai 0,7 cm dan batu bata 0,6 cm. Setelah kita ketahui diameter awal partikel feed kita masukan 100 gram butir kedelai ke dalam blender. Kedelai kemudian kita blender selama 2 menit kemudian kita tuang kedalam baskon untuk selanjutnya kita screening dengan menggunakan ayakan 150 mesh. Dari pengamatan yang kita peroleh ternyata hanya sedikit partikel kedelai yang lolos dari ayakan. Dari sini kita simpulkan bahwa bahan belom seluruhnya terkominusi oleh blender. Hal ini menunjukan bahwa blender dengan power 400 watt membutuhkan waktu yang lebih lama untuk membuat partikel kedelai secara homogen memiliki ukuran 150 mesh. Selanjutnya kami blender lagi partikel kedelai selama 4 menit hingga berwujud butiran yang sangat halus. Partikel halus ini selanjutnya kami ayak menggunakan ayakan 150 mesh. Dari pengamatan kami ternyata 80 persen lebih partikel kedelai lolos dari ayakan 150 mesh. Dari situ dapat kami simpulkan bahwa partikel kedelai setelah melalui proses kominusi diameternya mengecil menjadi 150 mesh. Data dari pengukuran diameter awal dan diameter setelah keluar blender selanjutnya akan kita pakai untuk mencari konstanta Kick dan Rittinger serta mencari indeks kerja pada kominusi kedelai. Setelah kedelai selesai di ayak, selanjutnya kami lanjutkan proses kominusi dengan bahan batu bata. Proses pemblenderan batu bata dilakukan selama 1,5 menit saja. Hal ini kami lakukan karena struktur partikel batu bata yang lebih amorf dibandingkan kedelai. Hasil blender batu bata yang sudah berupa butiran halus selanjutnya kami screening dengan menggunakan ayakan 150 mesh. Dari data pengamatan kami ternyata hanya sedikit partikel batu bata yang lolos dari ayakan. dari sini kami simpulkan bahwa tidak lolosnya partikel batu bata dikarenakan ukut=ran partikelnya lebih besar dari 150 mesh. Selanjutnya kami ayak butiran partikel batu bata dengan ayakan 34 mesh. Namun dari pengamatan kami ternyata partikel mudah sekali lolos dari ayakan 34 mesh. Karena terlalu mudahnya partikel batu bata lolos dari ayakan, kami menganggap bahwa ukuran partikel batu bata pastilah dibawah 34 mesh dan diatas 150 mesh. Dengan

7

memperhatikan bagaimana mudahnya partikellolos dari ayakan kami mengambil basis bahwa ukuran partikel batu bata setelah di blender ± 100 mesh. Dengan diperoleh diameter awal (da) dan diameter akhir kedelai (db), serta diketahuinya aliran feed dan power blender kita dapat menghitung indeks kerja dari proses kominusi kedelai dan batu bata. Rittinger beranggapan bahwa besarnya power yang diperlukan untuk size reduction berbanding lurus dengan selisih diameter partikel awal dan akhir dari bahan, ( McCabe, Smith and Harriot - Unit Operations of Chemical Engineering 5th ed, part of Size Reduction ). Penghitungan Konstanta Rittinger dapat dilakukan dengan memasukan beberapa variable seperti Power Blender, diameter awal bahan (da) diameter akhir bahan (db) dan aliran feed yang dimasukan kedalam blender. 1. Kontanta Rittinger kedelai Dari pengamatan diperoleh untuk kedelai diameter awal (da) 0,7 cm (7 . 10-3 m), diameter akhir (db) 150 mesh (0.106 . 10-3 m) , power blender 400 watt( 400 N.m/sekon), dan aliran massa feed 100 gram per 6 menit (0,278 gram per sekon). Dengan memasukan variabel-variabel tersebut kedalam persamaan Rittinger :

= Kr (

-

)

sehingga

Kr =

(

Kr =

(

)

)

Kr = 0,154 gram/N 2. Kontanta Rittinger batu bata Sedangakan untuk batu bata diameter awal (da) 0,6 cm (6 . 10-3 m), diameter akhir (db) 100 mesh (150 . 10-6 m) , power blender 400 watt (400 N.m/sekon), dan aliran massa feed 100 gram per 1,5 menit (1,11

8

gram per sekon). Dengan memasukan variabel-variabel tersebut kedalam persamaan Rittinger :

= Kr (

-

)

(

sehingga Kr =

Kr =

(

)

)

Kr = 5,5 10-2 gram/N Dari perhitungan nilai Konstanta Rittinger diatas diperoleh bahwa nilai Kr untuk Batu Bata lebih besar dibandingkan nilai Kr untuk kedelai. Hal ini membuktikan bahwa nilai Konstanta Rittinger berbanding terbalik dengan besarnya selisih ukuran partikel sebelum dan sesudah melalui size reduction. Kick beranggapan bahwa energi atau power yang dibutuhkan untuk pemecahan partikel suatu bahan adalah berbanding lurus dengan rasio dari diameter partikel keluar grinder dan diameter awal bahan, (McCabe, Smith and Harriot - Unit Operations of Chemical Engineering - 5th ed, part of Size Reduction). Semakin jauh range atau perbedaan ukuran partikel sebelum dan sesudah masuk size reduction maka power yang dibutuhkan juga akan semakin besar pula. Sama halnya dengan penghitungan konstanta Rittinger, penghitungan konstanta Kick juga dapat dilakukan dengan memasukan beberapa variable kedalam persamaan pada hokum Kick seperti Power Blender, diameter awal bahan (da) diameter akhir bahan (db) dan aliran feed yang dimasukan kedalam blender. Nilai Konstanta Kick untuk Kedelai dapat dicari dari persamaan berikut :

= Kk In (

) sehingga Kk =

9

Kk =

Kk =

Kk = 349,68 gram/N = Sedangkan nilai Konstanta Kick untuk Batu Bata dengan penghitungan yang sama diperoleh Kk = 97,92 gram/N Dari perhitungan nilai Konstanta Kick diatas diperoleh bahwa nilai Kk untuk Batu Bata lebih besar dibandingkan nilai Kk untuk kedelai. Hal ini membuktikan bahwa nilai Konstanta Kick berbanding terbalik dengan besarnya rasio diameter partikel sebelum dan sesudah melalui size reduction. Tujuan praktikum yang terakhir adalah mengetahui Indeks kerja dari size reduction kedua bahan. Nilai indeks kerja dapat dicari melalui persamaan pada hokum Bond. Bond beranggapan bahwa energi yang dibutuhkan untuk membentuk pertikel dengan ukuran db dari padatan yang sangat besar adalah sebanding dengan akar pangkat dua perbandingan luas muka dan volume produk, (Pengecilan Ukuran Partikel/Kominusi (Size Reduction) Dan Alat-alatnya, Universitas Gajah Mada). Bentuk hukum Bond :

√

Dari persamaan diatas dapat kami ketahui bahwa nilai Kb tergantung dari jenis grinder dan bahan yang di size reduction, termasuk diameter partikel yang dihasilkan. Nilai Kb dapat dihubungkan dengan Work indeks ( Indeks kerja ) dimana Indeks Kerja didefinisikan sebagai total energi kotor yang diperlukan ( dalam KWh/ton umpan) untuk mereduksi ukuran suatu padatan yang sangat besar menjadi produk yang 80 %-nya berukuran lolos ayakan, (McCabe, Smith and

10

Harriot - Unit Operations of Chemical Engineering - 5th ed, part of Size Reduction). Dengan basis 80 % partikel kedelai lolos ayakan , maka kita dapat mencari nilai Indeks kerja size reduction kedelai menggunakan blender dengan power 400 watt (0,4 KWh) , aliran massa kedelai masuk blender 100 gram per 6 menit (0,001 ton/h), diameter partikel feed (da) 7 mm dan diameter partikel lolos ayakan 150 mesh (0,106 mm), maka nilai Indeks Kerja dapat dicari melalui persamaan bond berikut : Kb=√

Kb= 0,3621Wi √

Wi =

.

.(

√

√

.(

Wi =

Wi =

√

.

Wi = 400

.(

sehingga

)

√

√

√

√

.(

) ) )

Wi = 410,04 Dengan cara yang sama tetapi variable yang berbeda , kita dapat mencari nilai indeks kerja untuk size reduction Batu Bata, dimana diameter partikel awal batu bata (da) 6 mm, dan diameter partikel keluaran blender (db) 0,150mm. Dan m= 4 ton/ hour diperoleh nilai indeks kerja size reduction partikel batu bata Wi = 127,14

11

Dari perhitungan diatas kami dapatkan ternyata nilai Indeks kerjanya sangat kecil. Jika dibandingkan dengan beberapa nilai indeks kerja pada proses size reduction batuan dalam sekala industry, nilainya tampak berbeda jauh. Hal ini dikarenakan proses size reduction pada kedelai ini dilakukan dengan blender yang memliki power yang besar, sedangkan feed yang kita masukan sangat kecil. Selain itu berbedaan ukuran partikel sebelum dan sesudah di size reduction sangatlah jauh. Dengan diperolehnya nilai indeks kerja yang sangat kecil ini kami dapat simpulkan bahwa nilai indeks kerja size resuction suatu bahan berbanding lurus dengan massa alir feed bahan dan berbanding terbalik dengan besarnya power alat size reduction yang di gunakan. Semakin besar power pada grinder yang digunakan maka nilai indeks kerja kominusi suatu bahan akan semakin kecil. Penggunaan konstanta Rittinger, Kick dan Indeks kerja dalam kasus size reduction pada industri. Jika dalam industri proses size reduction kacang kedelai dan batu bata dimana kapasitas crusher adalah 200 ton per jam (80% bahan berhasil melewati screen ukuran 150 mesh). Hitunglah power yang dibutuhkan untuk menghaluskan bahan tersebut? Jawaban m= 200 ton/jam = 200.000.000 gram/3600 s = 55.555,5 gram/s 1. Dengan hokum Rittinger untuk kacang kedelai = Kr (

-

)

= 0,154(

-

)

= 0,154 (

-

)

= 0,154 (9433,96 – 142,85) = 1,54 . 9291,1

12

= 1430,82 P =79.490,5 watt

Dengan hokum Rittinger untuk batu bata

-

= Kr (

)

= 5,5 . 10-2 (

-

)

= 5,5 . 10-2 (

-

)

= 5,5 . 10-2 (6666,67 – 166,67) = 5,5 . 10-2 . 6500 = 357,5 P =19.861,11 watt

2. Hokum kick untuk kacang kedelai = Kk In (

) )

= Kk . In ( = 4,19 (349,6) = 81399974,16 watt

Hokum kick untuk batu bata = Kk In (

)

= Kk . In (

)

13

= 3,68 (97,92) = 20019979,98 watt 3. Dengan Hokum bond untuk kacang kedelai √

√

√

√

400,84 80168 kwh

Hukum bond untuk batu bata √

√

√

√

99,99 19998 kwh

14

V.

Kesimpulan dan saran 1. Kesimpulan a. Diameter rata-rata kacang kedelai sebelum size reduction yaitu 0,6 cm dan diameter rata-rata setelah size reduction selama 6 menit yaitu 0,106 mm. Sedangkan diameter rata-rata batu bata sebelum proses yaitu 0,7 cm dan diameter rata-rata sesudah size reduction yaitu 0,15 mm. b. Konstanta Rittinger (Kr) dan Konstanta Kick (Kk) pada kacang kedelai yaitu 0,154 gram/N. sedangkan pada batu bata yaitu Kr = 5,5 10-2 gram/N , dan Kk kacang kedelai 349,68gram /N , sedangkan batu bata 97,92 gram/N c. working index dengan persamaan Bond untuk kedelai yaitu 410 sedangkan untuk batu bata yaitu 127,14 2.

Saran a. jangan menggunakan bahan yang mengandung banyak air untuk memudahkan proses pengayakan. b. penggunakan alat sesuai karakteristik bahan untuk mempermudah proses size reduction.

DAFTAR PUSTAKA Mc.Cabe,W.L.1985.”Unit Operation of Chemical Engineering”.Tioon Weel Finishing Co.Ltd.Singapura. Tim Dosen Teknik Kimia Unnes.2013 .Buku Petunjuk Praktikum Operasi Teknik Kimia I. Rostika, Apr2012,”Size Reduction”. Scribd. Volume 12, https://www.vbook.pub.com/doc/90064238/Size-Reduction, 10noktober 2014.

15