4.4 Analisa Performansi Filtrasi Partikel
Performansi scrubber menurut Slinn 1983 efisiensi wet scrubber berdasarkan satu jatuhan air adalah total dari efisiensi filtrasi impaksi, intersepsi dan difusi, dengan
ketentuan untuk densitas partikel ≠ 1 gcm
3
maka total keseluruhan efisiensi dikalikan dengan
ρ
d
ρ
p 12
, efisiensi satu jatuhan air ini diasumsikan juga sebagai total efisiensi dari wet scrubber.
η
d
= Efisiensi Difusi + Efisiensi Interserpsi + Efisiensi Impaksi η
d
=
+
+
2 1
2 1
3 1
2 1
Re 2
16 ,
Re 2
4 ,
1 .
Re 8
Sc Sc
Sc +4
κ
+
+
−
κ ω
2 1
1
Re 2
1
+
2 3
3 2
2 2
+ −
− S
St S
St …………………………………..…Lit. 11, Hal. 464
S = 2
Re 1
ln 1
2 Re
1 ln
12 1
2 ,
1 +
+ +
+
Stoke Number Partikel, berdasarkan St =
d g
td p
p c
d v
d C
µ ρ
18
2
C
c
= 1+
p
d T
10 .
21 ,
6
4 −
, d
p
dalam μm
Renold Number Partikel, berdasarkan Re =
g g
td d
v d
µ ρ
Schmidt Number Partikel, berdasarkan Sc =
D
g g
ρ µ
Rasio Densitas κ =
d p
d d
Rasio Viscositas ω =
gas air
µ µ
Keterangan C
c
= Cunningham Slip Correction Faktor
Universitas Sumatera Utara
d
p
= Diameter partikel m
d
d
= Diameter butiran air m
v
td
= Kecepatan relatif butiran air ms
μ
g
= Viscositas gas kgm.s
ρ
p
= Densitas partikel kgm
3
ρ
g
= Densitas gas kgm
3
D = Koefisien diffusivitas
m
2
s
C
padaC
T
= Temperatur partikel pada gas buang insinerator
o
K Untuk proses dominan koleksi impaksi, menurut Calvert 1984 total efisiensi
impaksi wet scrubber berdasarkan η =
2
35 ,
+ St
St
……………………………………………...Lit. 11, Hal. 466 Sehingga total efisiensi berdasarkan tiap proses koleksi untuk partikel 10
μm dengan butiran air 150
μm adalah
Re =
g g
td d
v d
µ ρ
v
td
= U
sd
– U
si
U
sd
merupakan kecepatan relatif butiran air terhadap aliran gas dan U
si
adalah kecepatan rata-rata partikel pada aliran gas, maka
v
td
= v
d
+ v
g
– v
p
= 0,223 + 8,39 – 0,213 = 8,4 ms
Re =
5 6
10 .
105 ,
3 534
, .
4 ,
8 .
10 .
150
− −
= 18,104
Sc =
D
g g
ρ µ
,
Universitas Sumatera Utara
D =
p g
c
d kTC
πµ 3
, k = konstanta Boltzmann = 1,381.10
-23
J
o
K T = Temperatur rata-rata fluida pada mixing chamber
o
K C
c
= 1 +
p
d T
10 .
21 ,
6
4 −
= 1 + 10
1373 10
. 21
, 6
4 −
= 1,09
=
6 5
23
10 .
10 .
10 .
72 ,
3 .
3 09
, 1
. 86
, 1138
. 10
. 381
, 1
− −
−
π = 4,846.10
-12
m
2
s Sc =
D
g g
ρ µ
=
12 5
10 .
846 ,
4 .
534 ,
10 .
72 ,
3
− −
= 1,436.10
7
ω =
5 3
10 .
72 ,
3 10
. 798
,
− −
= 21,44 κ =
d p
d d
=
150 10
= 0,067 St =
d g
td p
p c
d v
d C
µ ρ
18
2
=
6 5
2 6
10 .
150 .
10 .
72 ,
3 .
18 4
, 8
. 10
. 10
. 2500
. 09
, 1
− −
−
= 22,68
S =
+ +
+
+ 2
104 ,
18 1
ln 1
2 104
, 18
1 ln
12 1
2 ,
1
= 0,421
Universitas Sumatera Utara
η
difusi
=
+
+
2 1
2 1
3 1
2 1
Re 2
16 ,
Re 2
4 ,
1 .
Re 8
Sc Sc
Sc =
+ +
2 1
7 2
1 3
1 7
2 1
7
10 .
44 ,
1 .
104 ,
18 2
16 ,
10 .
44 ,
1 .
104 ,
18 2
4 ,
1 10
. 44
, 1
. 104
, 18
8
= 6,52.10
-5
η
intersepsi
= 4 κ
+
+
−
κ ω
2 1
1
Re 2
1
= 4.0,067
+
+
−
067 ,
104 ,
18 .
2 1
44 ,
21
2 1
1
= 0,137
η
impaksi
=
2 3
3 2
2 2
+ −
− S
St S
St
=
2 3
3 2
421 ,
68 ,
22 .
2 421
, 68
, 22
. 2
+ −
−
= 0,978 maka, total efisiensi scrubber, dengan kondisi densitas gas
≠ 1 gcm
3
η
d
= 6,52.10
-5
+ 0,137 + 0,978
2 1
2500 996
= 0,704 = 70,4 untuk d
p
= 10 μm, d
d
= 150 μm
Berdasarkan proses perhitungan yang sama, maka efisiensi scrubber untuk ukuran partikel 1-10
μm dan ukuran butiran air 150-500μm, dipasangkan secara acak dapat dilihat pada tabel dan grafik berikut
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.9 Kecepatan Relatif v
td
v
td
ms d
d
μm
150 200
250 300
350 400
450 500
d
p
μm
1 8.576
8.643 8.709
8.774 8.839
8.904 8.968
9.031 2
8.556 8.622
8.688 8.754
8.819 8.883
8.947 9.011
3 8.535
8.602 8.668
8.733 8.798
8.863 8.927
8.991 4
8.515 8.582
8.648 8.714
8.779 8.843
8.907 8.971
5 8.496
8.562 8.628
8.694 8.759
8.823 8.887
8.951 6
8.476 8.543
8.609 8.674
8.739 8.804
8.868 8.932
7 8.457
8.524 8.590
8.655 8.720
8.785 8.849
8.912 8
8.438 8.505
8.571 8.636
8.701 8.766
8.830 8.893
9 8.419
8.486 8.552
8.618 8.683
8.747 8.811
8.875 10
8.401 8.467
8.533 8.664
8.664 8.728
8.792 8.856
Tabel 4.10 Renold Number Re
Re d
d
μm
150 200
250 300
350 400
450 500
d
p
μm
1 18.482
24.834 31.280
37.819 44.448
51.169 57.979
64.878 2
18.438 24.775
31.206 37.730
44.345 51.051
57.846 64.730
3 18.394
24.717 31.134
37.643 44.243
50.934 57.715
64.585 4
18.351 24.660
31.062 37.557
44.143 50.820
57.586 64.442
5 18.309
24.603 30.991
37.472 44.044
50.707 57.459
64.301 6
18.267 24.548
30.922 37.388
43.947 50.595
57.334 64.161
7 18.226
24.492 30.853
37.306 43.850
50.485 57.210
64.023 8
18.185 24.438
30.785 37.224
43.755 50.376
57.087 63.887
9 18.144
24.384 30.717
37.143 43.660
50.268 56.966
63.752 10
18.104 24.331
30.650 37.343
43.567 50.161
56.845 63.618
Tabel 4.11 Schmidt Number Sc
d
p
μm D
Sc
1 8.273E-11
8.41E+05 2
3.185E-11 2.19E+06
3 1.912E-11
3.64E+06 4
1.354E-11 5.14E+06
5 1.045E-11
6.66E+06 6
8.501E-12 8.19E+06
7 7.157E-12
9.73E+06 8
6.177E-12 1.13E+07
9 5.432E-12
1.28E+07 10
4.846E-12 1.44E+07
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.12 Rasio Diameter partikel dengan butiran air κ
κ
d
d
μm
150 200
250 300
350 400
450 500
d
p
μm
1 0.007
0.005 0.004
0.003 0.003
0.003 0.002
0.002 2
0.013 0.010
0.008 0.007
0.006 0.005
0.004 0.004
3 0.020
0.015 0.012
0.010 0.009
0.008 0.007
0.006 4
0.027 0.020
0.016 0.013
0.011 0.010
0.009 0.008
5 0.033
0.025 0.020
0.017 0.014
0.013 0.011
0.010 6
0.040 0.030
0.024 0.020
0.017 0.015
0.013 0.012
7 0.047
0.035 0.028
0.023 0.020
0.018 0.016
0.014 8
0.053 0.040
0.032 0.027
0.023 0.020
0.018 0.016
9 0.060
0.045 0.036
0.030 0.026
0.023 0.020
0.018 10
0.067 0.050
0.040 0.033
0.029 0.025
0.022 0.020
Tabel 4.13 S untuk Nilai Stoke Number St
S
d
d
μm
150 200
250 300
350 400
450 500
d
p
μm
1 0.404
0.380 0.364
0.352 0.342
0.334 0.327
0.322 2
0.404 0.381
0.364 0.352
0.342 0.334
0.328 0.322
3 0.404
0.381 0.364
0.352 0.342
0.334 0.328
0.322 4
0.404 0.381
0.365 0.352
0.343 0.335
0.328 0.322
5 0.405
0.381 0.365
0.352 0.343
0.335 0.328
0.322 6
0.405 0.381
0.365 0.353
0.343 0.335
0.328 0.322
7 0.405
0.381 0.365
0.353 0.343
0.335 0.328
0.322 8
0.405 0.382
0.365 0.353
0.343 0.335
0.328 0.323
9 0.405
0.382 0.365
0.353 0.343
0.335 0.328
0.323 10
0.406 0.382
0.366 0.353
0.343 0.335
0.329 0.323
Tabel 4.14 Stoke Number St
St d
d
μm
150 200
250 300
350 400
450 500
d
p
μm
1 0.395
0.299 0.241
0.202 0.175
0.154 0.138
0.125 2
1.214 0.918
0.740 0.621
0.536 0.473
0.423 0.384
3 2.454
1.855 1.495
1.255 1.084
0.956 0.856
0.775 4
4.112 3.108
2.505 2.104
1.817 1.601
1.434 1.299
5 6.184
4.675 3.768
3.164 2.732
2.409 2.156
1.955 6
8.669 6.553
5.283 4.436
3.831 3.377
3.023 2.740
7 11.564
8.741 7.047
5.917 5.110
4.504 4.033
3.656 8
14.865 11.237
9.059 7.607
6.570 5.791
5.185 4.700
9 18.571
14.039 11.318
9.504 8.208
7.235 6.478
5.873 10
22.679 17.144
13.822 11.695
10.024 8.836
7.912 7.172
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.15 Effisiensi Difusi untuk Pasangan Acak Partikel dengan Butiran Air
η
difusi
d
d
μm
150 200
250 300
350 400
450 500
d
p
μm
1 2.89E-04 2.49E-04 2.22E-04 2.02E-04 1.86E-04 1.74E-04 1.63E-04 1.54E-04
2 1.74E-04 1.50E-04 1.34E-04 1.22E-04 1.12E-04 1.05E-04 9.82E-05 9.29E-05
3 1.33E-04 1.15E-04 1.02E-04 9.30E-05 8.57E-05 7.99E-05 7.51E-05 7.10E-05
4 1.11E-04 9.58E-05 8.53E-05 7.76E-05 7.16E-05 6.67E-05 6.27E-05 5.92E-05
5 9.70E-05 8.37E-05 7.45E-05 6.78E-05 6.25E-05 5.83E-05 5.47E-05 5.17E-05
6 8.71E-05 7.51E-05 6.69E-05 6.09E-05 5.61E-05 5.23E-05 4.91E-05 4.65E-05
7 7.97E-05 6.87E-05 6.12E-05 5.57E-05 5.13E-05 4.79E-05 4.50E-05 4.25E-05
8 7.38E-05 6.37E-05 5.67E-05 5.16E-05 4.76E-05 4.43E-05 4.17E-05 3.94E-05
9 6.91E-05 5.96E-05 5.31E-05 4.83E-05 4.45E-05 4.15E-05 3.90E-05 3.69E-05
10 6.52E-05 5.62E-05 5.01E-05 4.54E-05 4.20E-05 3.91E-05 3.68E-05 3.48E-05
Tabel 4.16 Effisiensi Intersepsi untuk Pasangan Acak Partikel dengan Butiran Air
η
intersepsi
d
d
μm
150 200
250 300
350 400
450 500
d
p
μm
1 0.003
0.002 0.001
0.001 0.001
0.001 0.001
0.001 2
0.008 0.005
0.004 0.003
0.002 0.002
0.002 0.002
3 0.015
0.010 0.007
0.006 0.005
0.004 0.003
0.003 4
0.025 0.017
0.012 0.009
0.008 0.006
0.005 0.005
5 0.038
0.025 0.018
0.014 0.011
0.009 0.008
0.007 6
0.053 0.034
0.025 0.019
0.015 0.013
0.011 0.009
7 0.070
0.046 0.033
0.025 0.020
0.017 0.014
0.012 8
0.090 0.059
0.042 0.032
0.026 0.021
0.018 0.016
9 0.112
0.073 0.053
0.040 0.032
0.027 0.022
0.019 10
0.137 0.089
0.064 0.049
0.039 0.032
0.027 0.023
Tabel 4.17 Effisiensi Impaksi untuk Pasangan Acak Partikel dengan Butiran Air
η
impaksi
d
d
μm
150 200
250 300
350 400
450 500
d
p
μm
1 0.214
0.113 0.050
0.014 -
- -
- 2
0.651 0.565
0.492 0.429
0.374 0.327
0.285 0.249
3 0.812
0.760 0.711
0.667 0.625
0.588 0.552
0.520 4
0.884 0.850
0.817 0.787
0.758 0.730
0.704 0.679
5 0.922
0.898 0.875
0.853 0.832
0.812 0.793
0.774 6
0.944 0.926
0.909 0.893
0.877 0.862
0.847 0.833
7 0.958
0.944 0.931
0.919 0.907
0.895 0.883
0.872 8
0.967 0.956
0.946 0.936
0.927 0.917
0.908 0.899
9 0.973
0.965 0.957
0.949 0.941
0.933 0.926
0.918 10
0.978 0.971
0.964 0.958
0.951 0.945
0.939 0.933
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.18 Total Efisiensi untuk Pasangan Acak Partikel dengan Butiran Air
η
d
d
d
μm
150 200
250 300
350 400
450 500
d
p
μm
1 0.137
0.073 0.033
0.010 0.001
0.001 0.001
0.000 2
0.415 0.360
0.313 0.273
0.238 0.207
0.181 0.158
3 0.522
0.486 0.453
0.424 0.398
0.373 0.351
0.330 4
0.574 0.547
0.523 0.502
0.483 0.465
0.448 0.432
5 0.605
0.582 0.563
0.547 0.532
0.518 0.505
0.493 6
0.629 0.606
0.590 0.576
0.563 0.552
0.542 0.532
7 0.648
0.625 0.609
0.596 0.585
0.575 0.566
0.558 8
0.667 0.640
0.624 0.611
0.601 0.592
0.584 0.577
9 0.685
0.655 0.637
0.624 0.614
0.606 0.598
0.592 10
0.704 0.669
0.649 0.636
0.625 0.617
0.610 0.603
Grafik 4.1 Fungsi efisiensi berdasarkan ukuran partikel 1- 10μm
150 μm
10 20
30 40
50 60
70 80
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
Diameter Partikel μm
E fi
s ie
n s
150 μ
m 200
μ m
250 μ
m 300
μ m
350 μ
m 400
μ m
450 μ
m 500
μ m
Butiran air 150
μ m
Universitas Sumatera Utara
Grafik 4.2 Fungsi efisiensi berdasarkan ukuran butiran air 150- 500μm
Sehingga berdasarkan analisa-analisa diatas, skema kesetimbangan massa pada scrubber berdasarkan
o
m
in
=
o
m
out
,
diperlihatkan pada gambar berikut
Gambar 4.9 Skema Kesetimbangan Massa
1μm
10 20
30 40
50 60
70 80
150 200
250 300
350 400
450 500
Diameter Butiran Air μm
E fi
s ie
n s
i
1 μ
m 2
μ m
3 μ
m 4
μ m
5 μ
m 6
μ m
7 μ
m 8
μ m
9 μ
m 10
μ m
Diameter Partikel
1 μ
m
o
m
3
= 0,0105 kgs
o
m
1
= 1,003 kgs
o
m
4
= 0,576 kgs
o
m
5
= 0,0259 kgs
o
m
2
= 1,5636 kgs
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
BAB 5 TINJAUAN PENINGKATAN PERFORMANSI
Untuk memaksimalkan performansi sebuah alat cukup banyak cara yang dapat dilakukan misalnya menambahkan alat baru, mengubah ukuran, atau menambahkan,
mengurangi fluida yang bersiklus pada alat. Keseluruhan dari proses tersebut pada dasarnya adalah untuk mengubah karakteristik dari fluida yang terdapat pada alat
misalnya akan berpengaruh terhadap kecepatan aliran, densitas, temperatur, tekanan, dan karakteristik lainnya yang kesemuanya memiliki hubungan dan pengaruh.
Berdasarkan analisa yang dilakukan efisiensi wet scrubber secara dominan berdasarkan sistem filtrasi impaksi. Efisiensi Impaksi bergantung pada nilai Stoke
Number partikel, yang besarannya bergantung pada nilai kecepatan. Pada analisa secara sederhana, jika perubahan dilakukan pada karakteristik air
distribusi maka akan berpengaruh terhadap temperatur serta kelembaban sehingga akan berakibat perubahan terhadap material yang digunakan. Jika perubahan dilakukan pada
excess air blower maka gaya-gaya yang dialami akan berbanding terbalik terhadap gaya berat. Sistem koleksi impaksi sendiri bergantung pada nilai kecepatan, dengan
meningkatkan kecepatan aliran gas buang maka kecepatan partikel pada gas buang tersebut juga akan meningkat sehingga akan mempengaruhi nilai efisiensi impaksi.
St =
d g
td p
p c
d v
d C
µ ρ
18
2
v
td
, St
v
td
= U
sd
– U
si
U
sd
, v
td
v
td
= v
d
+ v
g
– v
p
v
g
, U
sd
76
Universitas Sumatera Utara
Kategori