Konsep Fundamental dalam Proses Perpindahan

Dalam dunia engineering, terutama terkait proses transformasi sebuah material, hal ini tidak akan pernah bisa lepas daripada disiplin operasi yang dinamakan “proses perpindahan”. Sebagai contoh, dalam sebuah proses di pabrik gula, untuk mendapatkan butiran gula dalam bentuk kristal, hal pertama yang harus kita lakukan adalah dengan cara mengkonsentrasikan larutan gula yang kita dapatkan dari sari tebu. Caranya adalah dengan cara menguapkan air yang ada dalam larutan gula tersebut menggunakan alat yang disebut “evaporator”. Dalam evaporator, terjadi proses perpindahan panas dari alat penukar panas ke dalam larutan gula, yang pada akhirnya akan menaikkan suhu larutan dan air dalam larutan gula akan menguap. Tentu saja, titik didih larutan gula akan lebih besar jika dibandingkan dengan air murni. Setelah pada konsentrasi yang cukup jenuh, larutan gula tersebut akan dipindahkan ke dalam sebuah alat yang disebut “separator”, dengan tujuan untuk memisahkan antara gula dalam bentuk padat dengan pelarutnya yang dalam hal ini adalah air, dengan cara yang disebut “kristalisasi”. Sebagaimana kita tahu, penurunan suhu, secara umum, akan mengurangi daya kelarutan suatu larutan. Ketika larutan gula tadi, dalam keadaan suhu tinggi, kemudian didinginkan, maka akan mencapai kondisi oversaturated (titik jenuh yang terlampaui), dimana akan mulai terbentuk Kristal primer, yang kemudian akan menjadi agglomerate. Di proses ini juga terjadi proses perpindahan panas.

Contoh diatas merupakan contoh paling sederhana untuk menggambarkan rangkaian operasi yang melibatkan peristiwa perpindahan yang digunakan untuk memfabrikasi/menangani sebuah material. Dalam teknik proses, kita mengenal tiga proses perpindahan: perpindahan jumlah gerakan (momentum), perpindahan panas dan perpindahan materi(massa).

Proses dalam pabrik gula

Perpindahan jumlah gerakan (momentum). Bayangkan jika kita berada dalam sebuah bus yang sedang melaju kencang, ketika bus yang kita kendarai berbelok arah, maka kita akan merasa badan kita akan bergoyang sesuai dengan arah bus berbelok. Atau, ketika bus mengerem mendadak, badan kita akan terasa terlontar ke depan, jika kita tidak memberikan energy ke dalam tubuh kita untuk bisa tetap diam di tempat. Ini adalah contoh sederhana perpindahan jumlah gerakan (momentum). Hal ini akan sering kita temui dalam kasus perpindahan fluida (mekanika fluida), misalkan: dalam system pemurnian air.

Perpindahan panas (thermal). Kuantitas panas yang bisa terukur dalam sebuah materi adalah temperature. Dalam contoh di atas kita telah bisa mengenal bagaimana aplikasi dari proses perpindahan panas.

Perpindahan materi (massa). Hal ini juga telah dijelaskan di atas. Bagaimana molekul air berpindah dari larutan gula karena titik didihnya telah terlampaui.

Tiga proses perpindahan di atas memiliki kesamaan antara satu sama lain yaitu proses perpindahan hanya akan bisa terjadi jika memiliki sebuah driving force (gaya penggerak). Untuk perpindahan momentum, gaya penggeraknya adalah kecepatan (hukum Newton), perpindahan panas adalah suhu (hukum Fourier) dan perpindahan materi adalah konsentrasi (hukum Fick).

Dua penglihatan terhadap system dalam dunia engineering

Sebuah pendekatan untuk mendefinisikan sebuah system penting untuk dilakukan. Hal ini akan mempengaruhi bagaimana cara kita dalam menangani sebuah system.

Yang pertama adalah pendekatan secara makroskopik (global) dan yang kedua adalah secara mikroskopik (local). Pendekatan secara makroskopik, bertumpu pada pendekatan system yang disebut “kotak hitam”. Sistem ini memiliki keunggulan yaitu penyelesaian matematik yang sederhana, tanpa memerlukan penyelesaian persamaan differensial yang rumit. Namun, kelemahannya adalah kita tidak memiliki pandangan secara utuh terhadap apa yang sedang terjadi dalam system yang kita tangani. Ada tiga persamaan yang sering kita gunakan untuk menyelesaikan persoalan terkait engineering dengan menggunakan cara pendekatan kotak hitam, yaitu persamaan konservasi massa, konservasi energy total dan konservasi energy mekanik (bernouilli). Dengan menggunakan ketiga hal tersebut, misalkan dalam proses penguapan air dalam pabrik gula, kita akan bisa mengetahui berapa panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air, konsentrasi larutan gula yang bisa dihasilkan dan sebagainya. Pendekatan makroskopik ini bisa diterapkan untuk menangani hal-hal yang sederhana, namun jika system yang kita tangani adalah system yang kompleks, dimana sedikit perubahan dari property akan mengakibatkan efek yang signifikan, contoh dalam reactor katalitik. Sebagaimana kita tahu, dalam hukum Arhenius, perubahan suhu akan mempengaruhi kinetika reaksi secara signifikan. Maka alangkah lebih baiknya jika kita menggunakan pendekatan mikroskopik. Para enginer sering menggunakan pendekatan secara mikroskopik, selain mereka memiliki keingintahuan yang besar terhadap proses yang sedang terjadi dalam suatu system. Dengan menggunakan beberapa hipotesis, akan menghasilkan persamaan yang jauh lebih sederhana yang bisa diaplikasikan secara mudah ke dalam sebuah system.

Dengan menggunakan pendekatan mikroskopik, kita bisa memperoleh informasi profil kecepatan fluida, dalam hal ini bisa kita ketahui bahwa profilnya adalah parabolik

What Its Means to be Chemical/ Process Engineer?

Teknik kimia atau orang sekarang lebih sering menyebut dengan istilah teknik proses merupakan sebuah cabang ilmu yang memiliki jangkauan yang cukup luas. Dengan ilmu tersebut, kita bisa masuk ke area-area seperti : electrical, pharmaceutical, agribusiness, petroleum, environment dan masih banyak lagi.

What its Focus?

Seperti sebutannya, teknik proses, ilmu ini berhubungan langsung dengan cara pengolahan bahan mentah, yang pada mulanya memiliki nilai guna yang rendah/ belum bisa dimanfaatkan secara langsung. Melalui serangkaian proses yang dirancang oleh seorang insinyur proses, sehingga pada akhirnya bisa memberikan nilai tambah pada produk yang dihasilkan.

Contohnya saja adalah pupuk. Banyak pabrik yang ada di Indonesia membuat pupuk dari udara dan gas alam. Sesuatu yang mungkin tak tampak bagi mata kita, karena berbentuk gas. Setelah melewati proses sedemikian rupa, gas yang merupakan bahan mentah tadi, dijadikan sebuah butiran berbentuk spheric yang bisa digunakan untuk menyuburkan tanah.

Suasana pabrik pupuk Kaltim di Malam hari

Contoh seperti di atas merupakan sebuah hal yang cukup klasik untuk menjelaskan tugas seorang insinyur kimia. Namun, jika menilik di sekitar kita. Lihatlah, baterai yang kita gunakan pada hp atau laptop kita, bahan kosmetik, shampoo, minuman bersoda, obat-obatan dan lain sebagainya. Semua pada mulanya berasal dari bahan mentah yang memiliki nilai guna yang rendah, namun setelah melalui sebuah proses yang terukur dan cermat, pada akhirnya menjadi sebuah produk yang tidak hanya memiliki nilai guna yang lebih tinggi dibandingkan jika sebelum diolah, tetapi juga memiliki “niche application”, sebuah pembeda dengan barang yang lain. Inilah sedikit cerminan dari ilmu ini yang sekarang, sehingga pada akhirnya timbulah istilah process engineering.           

Basic Science Learned by Chemical/ Process Engineer

Ada tiga setidaknya ilmu dasar yang wajib dikuasai oleh seorang insinyur proses: "chemical reaction engineering", "transport phenomena" dan "interfacial engineering". Ketiga ilmu ini tidak bisa berdiri sendiri, namun memiliki keterkaitan satu sama lain yang tidak bisa dipisahkan.

Teknik reaksi kimia bisa dikatakan merupakan inti yang harus dikuasai oleh seorang insinyur proses. Hampir seluruh proses yang ada dalam industry menggunakan reaksi kimia untuk menghasilkan sebuah produk yang diinginkan. Reaksi kimia bisa terjadi apabila molekul-molekul reaktan bisa bertemu atau kontak satu sama lain. Bagaimana cara kita mengkontakkan satu molekul dengan yang  lain, bisa kita pelajari dalam transport phenomena, melalui cara yang disebut konveksi maupun difusi. Namun, tentu saja cara material tersebut berpindah akan sangat dipengaruhi sifat fisika maupun kimia dari material tersebut. Misalkan, kita tidak akan bisa mengendapkan partikel berukuran kecil, kurang lebih 1 micrometer, karena gaya interaksi antar molekul masih lebih dominan dibanding dengan gaya gravitasi. Interaksi yang dimaksud adalah interaksi antar permukaan partikel, yang disebabkan oleh adanya muatan yang dimiliki oleh partikel. Tentu saja banyak konsekuensi dan problematic akibat peristiwa ini, yang akan berhubungan dengan pengambilan sebuah keputusan terkait desain proses. Disini dibutuhkan pemahaman yang tercakup dalam interfacial engineering.

Challenge

Perkembangan teknologi yang sedemikian pesat telah memicu banyak insinyur proses untuk dapat menghasilkan proses dengan tingkat efisiensi yang tinggi melalui cara intensifikasi proses maupun optimalisasi. Intensifikasi proses memberikan jalan kepada kita untuk menjalankan berbagai macam proses dalam satu alat. Contohnya saja, distilasi reaktif. Alat ini berfungsi sebagai alat pemisah sekaligus reactor. Dalam industry obat-obatan, kita kenal sebuah proses alternative yang disebut drying with atomization. Dengan alat ini, phasa liquid akan langsung diubah menjadi fasa solid, tanpa melalui proses kristalisasi maupun separasi. Contoh lain yaitu penggunaan monolith, sebagai sebuah reactor biokatalitik, dan masih banyak hal yang lain sebagainya.

Tentu saja, intensifikasi proses akan memperkecil biaya investasi maupun penggunaan tempat sebagai proses industri, yang tentu saja akan mempengaruhi image terhadap chemical industry itu sendiri di masa depan.

Transforming chemical plant

Greeting Words

Hello World ...

Mungkin ucapan tersebut yang sering kali kita lihat, ketika memulai untuk membuat suatu blog di dunia maya. Tanpa alasan yang jelas, akhirnya saya putuskan untuk membuat satu blog lagi, meskipun sudah banyak blog yang saya buat dan tidak sering saya update. Saya tak tahu mengapa, tetapi satu hal yang jelas: Saya ingin mencurahkan segala apa yang saya pelajari selama ini dalam suatu bentuk blog khusus. 

Beda dengan blog yang saya buat di wordpress maupun blogger selama ini, saya ingin blog ini nantinya akan berisi hal-hal mengenai science atau pengetahuan, tentu saja teknik kimia, atau teknik proses sesuai dengan backgorund pendidikan saya. 

Saya ucapkan selamat datang kepada kawan-kawan semua ke blog saya. Saya sengaja memilihkan judul untuk blog ini "chimie" yang berarti kimia, dengan harapan blog ini nantinya bisa dijadikan sebagai ajang tukar pikiran, maupun bahan diskusi yang berguna bagi kita semua. 

Toulouse, 23 Desember 2012

Salam Hangat,

Royani