Fluidisasi didefinisikan sebagai suatu operasi dimana hamparan zat padat diperlakukan seperti fluida yang ada dalam keadaan berhubungan dengan gas atau cairan. Dalam kondisi terfluidisasi, gaya gravitasi pada butiran -butiran zat padat diimbangi oleh gaya seret dari fluida yang bekerja padanya.
Fritz Winkler, pada 1921 di Jerman memperkenalkan suatu aliran gas hasil pembakaran yang dihembuskan di bawah sebuah wadah yang terdiri dari partikel-partikel batu arang. Kejadian ini menandai dimulainya hal yang sangat penting di dalam teknologi moderen. Winkler melihat partikel – partikel diangkat oleh tarikan gas, dan massa partikel dilihat seperti cairan yang mendidih.
Pada proses pengkonversian energi dengan teknologi FBC (Fluidized Bed Combustion), Awalnya ruang bakar dipanasi secara eksternal sampai mendekati temperatrur operasi. Material hamparan (Bed Material) fluidisasi yang akan dipakai untuk mengabsorsi panas adalah pasir silica.
Pasir silica dan bara api bahan bakar bercampur dan mengalami turbulensi di dalam ruang bakar sehingga keseragaman temperatur system menjadi terjaga. Kondisi ini mampu memberikan konversi energi yang baik. Selanjutnya, dengan bidang kontak panas yang luas disertai turbulensi partikel fluidisasi yang cepat menyebabkan teknologi FBC bisa diaplikasikan untuk mengkonversi segala jenis bahan bakar seperti serbuk kayu.
Kwalitas fluidisasi adalah faktor paling utama yang mempengaruhi efisiensi system FBC. Umumnya, Serbuk kayu (pellet) sangat sulit difluidisasi mengingat bentuknya yang tidak seragam. Beberapa penelitian untuk mengontrol kualitas fluidisasi telah dilakukan dengan merubah kecepatan masuk fluidisasi pada limit tertentu sesuai dengan besarnya ukuran partikel pentransfer panas yang digunakan.
Keseragaman temperatur pada reaktor adalah hal yang sangat penting untuk menjaga kestabilan pembakaran, disamping itu juga berguna untuk mengurangi emisi gas polutan seperti hidrokarbon dan NOx sebagai akibat hasil pembakaran yang tidak sempurna.
Fluidisasi Pencampuran gas dengan partikel
Merupakan fluidisasi yang terjadi pada fluida gas. Pada fluidisasi ini kebanyakan gas akan mengalir dalam gelembung atau rongga -rongga kosong yang tak berisikan zat padat, dan hanya sebagian kecil gas itu mengalir dalam saluran -saluran yang terbentuk diantara partikel. Partikel itu akan bergerak tanpa aturan dan didukung oleh fluida. Sifat ketakseragaman hamparan pada mulanya diperkirakan disebabkan oleh penggumpalan atau agregasi partikel, tetapi kenyataannya tidak ada bukti yang menunjukkan partikel itu melekat satu sama lain. Gelembung yang terbentuk berperilaku hampir seperti gelembung udara di dalam air atau gelembung uap di dalam zat cair yang mendidih.
Tahapan fluidisasi dapat dikelompokkan menjadi empat tahap, yaitu: hamparan tetap (Fixed Bed), hamparan fluidisasi gelembung (Bubbling Fluidized Bed), gelembung besar (Slugging) dan hamparan turbulen (Turbulent Bed).
Hamparan Tetap (Fixed Bed)
Pada saat udara dimasukkan dibawah plat distributor dengan laju lambat, dan naik melalui hamparan tanpa menyebabkan terjadinya gerakan pada partikel. Jika kecepatan itu perlahan dinaikkan, penurunan tekanan pada partikel. Jika kecepatan itu perlahan dinaikkan, penurunan tekanan akan meningkat, tetapi partikel-partikel itu masih tidak bergerak dan tinggi hamparanpun tidak berubah. Kondisi ini dikenal dengan fixed bed.
Hamparan Fluidisasi Gelembung (Bubbling Fluidized Bed)
Hamparan kecepatan aliran udara pada fixed bed meningkat sampai kecepatan udara mencapai titik kritis yang dikenal dengan kecepatan minimum fluidisasi (Minimum Fluidization Velocity), penurunan tekanan melintas hamparan itu akan mengimbangi gaya gravitasi yang dialaminnya, dengan kata lain mengimbangi gaya bobot hamparan. Partikel mulai akan bergerak dan gas yang mengalir melalui hamparan yang berbentuk gelembung, dan disebut Bubbling Fluidized Bed.
Gelembung Besar (Slugging)
Bila kecepatan udara yang melalui hamparan zat padat meningkat, gelembung-gelembung cenderung bersatu dan menjadi besar (Slug). Pada saat gelembung naik melalui hamparan fluidisasi sebagai slug, fenomena ini diistilahkan dengan slugging. Jika menggunakan kolom berdiameter kecil dengan hamparan zat padat yang tebal, gelembung- gelembung yang beriringan bergerak ke puncak kolom dan dipisahkan oleh zat padat.
Hamparan Turbulen (Turbulent Bed)
Ketika kecepatan udara melewati Bubbling Fluidized Bed telah meningkat diatas kecepatan minimum gelembung, hamparan partikel akan meluas. Peningkatan kecepatan tersebut mengakibatkan perubahan pada susunan partikel. Dengan kecepatan udara yang tinggi mengakibatkan gelembung kehilangan identitasnya dan mengubah bentuk perluasan hamparan. Partikel kemudian terlempar ke puncak kolom diatas hamparan sehingga mendapatkan permukaan hamparan yang tinggi. Hamparan tersebut disebut dengan turbulent bed. Tahapan ini diaplikasikan pada Circulating Fluidized Bed.
 |
| Fluidisasi increasing gas velocity |
 |
| Cold Flow Fluidization Gasification Model |
Untuk mempelajari proses dan mengetahui efisiensi fluidisasi digunakan perancangan desain sistem cold bubling fluidized bed yaitu dengan cara mengalirkan udara dengan kecepatan diatas kecepatan fluidisasinya dengan menggunakan kompresor. Besar kecilnya tekanan udara yang mengalir menuju hamparan akan diatur
oleh bagian gate valve. Kemudian udara mengalir melewati bagian digital flowmeter, pada bagian ini berfungsi untuk memonitor penggunaan udara dari kompresor. Udara tersebut kemudian dihembuskan melewati hamparan material yang telah ditempatkan pada sebuah
tabung silinder penampung material (bed) yang terbuat dari akrilik dan disangga oleh plat distributor.
 |
| Distributor plate |
Plat distributor dilengkapi dengan kisi-kisi (orifis) sebagai laluan udara menuju hamparan material yang akan difluidisasikan. Selain sebagai penyangga material, plat distributor juga berfungsi untuk meratakan pendistribusian tekanan kehamparan. Material yang akan dilalui udara akan bergolak akibat adanya kecepatan hembusan udara yang akan menyebabkan terbentuknya rongga-rongga kosong yang tidak berisi zat padat atau gelembung-gelembung udara (bubble).
Udara yang telah melewati hamparan partikel dari proses fluidisasi ini akan keluar melalui lubang pengeluaran (exhaust) yang dilengkapi bagian penampung partukel untuk menampung partikel-partikel yang ikut terbawa terbang bila terjadi error dalam percobaan.
 |
| Cold Flow Model Gasification Acrylic Transparent Material |
Bagian-bagian kontruksi meliputi:
1. Saluran Udara dan diffuser udara
Saluran udara bisa terbuat dari selang bening untuk mendistribusikan udara dari kompresor ke bagian plat distributor. Pada bagian ini dilengkapi pula dengan diffuser udara yang berfungsi untuk memecah konsentrasi udara dari selang saluran udara agar arah udara bisa menyebar ke sisi pinggir dari
tabung fluidisasi.
2. Tabung Fluidisasi (bed) dengan material acrylic
Tabung Fluidisasi (bed) berfungsi sebagai tempat dari partikel-partikel yang akan difluidisasikan. Bahan yang digunakan adalah akrilik bening.
Pemilihan material ini bertujuan untuk melihat secara langsung pergerakan partikel-partikel dari proses fluidisasi sehingga terbentuk rongga-rongga kosong yang tidak berisi zat padat atau gelembung-gelembung udara (bubble).
3. Plat Distributor
Plat distributor berbentuk lingkaran yang berfungsi sebagai penyangga material dan meratakan pendistribusian udara tekanan udara kehamparan. Plat distributor dilengkapi dengan kisi-kisi sebagai laluan udara. Pemilihan besar kisi-kisi dari plat distributor harus tepat. Besar kisi-kisi dari plat distributor ini tidak lebih besar dari besar partikel bed agar partikel bed tidak jatuh namun tidak boleh terlalu kecil juga agar tidak terjadi back preasure terlalu tinggi yang akan berpengaruh pada kerja dari kompresor.
Alat lainnya : Digital Flowmeter, Gate Valve dan Selektor Gate Valve, Kompresor, Silinder pemanas air, Elemen pemanas dan Thermostat, Pompa air panas, Saluran pipa air panas yang terbuat dari pipa tembaga, Thermometer digital.
Bila diperhatikan secara menyeluruh, bagian-bagian kontruksi terbuat dari material yang tidak tahan terhadap panas yang tinggi. Hal ini dikarenakan dalam fluidisasi ini tidak melibatkan temperatur tinggi (
cold bubbling fluidzed bed). Namun tidak berarti dalam rancangan alat percobaan ini tidak akan menguji perpindahan panas yang terjadi dari proses fluidisasi. Walaupun hanya dalam temperatur rendah nantinya diharapkan akan diperoleh hasil berupa data yang bisa di pelajari atau diamati.
Menerima Custom Pembuatan Tabung Acrilic
