LAPORAN TETAP

LABORATORIUM UNIT OPERASI

FLUID MIXING

DISUSUN OLEH :

DAVID SAPUTRA (03121003027)ADELLINA TENRI YULHAN (03121003050)ABDUL HAFIZ MUSLIM (03121003059)MAHDI (03121003085)TEGUH NOVRIYANSYAH (03121003090)LUSI MARSELINA (03121003091)

ASISTEN: DESTA HERFIAN

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

2014

BAB IPENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Pada suatu proses industri didalam suatu pabrik pastilah ada sebuah proses

pencampuran bahan baik itu bahan cair-cair, cair-padat, cair-gas, dan gas-padat.

Didalam proses ini kedua kondisi harus kita lakukan sebagaimana mestinya sesuai

dengan apa yang kita harapkan. Untuk contoh yang kuantitasnya atau jumlahnya

yang masih kecil, kita dapat menggunakan media seperti bejana, tangki, dan

kemudian semua bahan yang ada kita lakukan pencampuran didalam bejana atau

tangki, setelah itu lakukan pengadukan dengan menggunakan stir atau pengaduk

yang biasa terbuat dari kayu atau bahkan dengan bantuan teknologi tanpa tenaga

manusia.

Pada ruang lingkup kecil ini ada kemungkinan terjadinya suatu fenomena

homogenitas atau keseragaman dan semua itu tidak jadi masalah dan bisa saja

dilakukan. Akan tetapi pada saat kita melakukan pada ruang lingkup yang besar

yang mengoperasikan suatu pencampuran dengan kuantitas yang tinggi

(contohnya 150 ton) tentu kita akan mengalami kendala dan memerlukan solusi

yang cepat, tepat dan juga akurat. Oleh karena alasan-alasan itulah dibutuhkan

peralatan mixing yang membantu sesuai dengan fungsinya dengan keadaan

konstan, serta dapat diatur kecepatan pengadukannya untuk diperoleh hasil yang

optimal, serta kehomogenitasan yang tinggi, dan gerakan mixing dengan tenaga

yang dibutuhkan minimum. Keberhasilan suatu proses operasi kimia tergantung

pada efektifitas pencampuran dan pengadukan dari fluida Dengan kata lain,

Pengadukan (agitation) adalah pemberian gerakan tertentu sehingga menimbulkan

reduksi gerakan pada bahan, biasanya terjadi pada suatu tempat seperti bejana.

Gerakan hasil reduksi tersebut mempunyai pola sirkulasi. Akibat yang

ditimbulkan dari operasi pengadukan adalah terjadinya pencampuran (mixing) dari

satu atau lebih komponen yang teraduk. Tidak seperti unit pengoperasian yang

lainnya, proses pencampuran dibutuhkan untuk melakukan beberapa tugas seperti

pemompaan, perpindahan panas dan perpindahan massa secara cepat.

Ada beberapa tujuan yang ingin diperoleh dari komponen yang

dicampurkan, yaitu membuat suspensi, blending, dispersi dan mendorong

terjadinya transfer panas dari bahan ke dinding tangki. Pada industri kimia seperti

proses katalitik dari hidrogenasi, pengadukan mempunyai beberapa tujuan

sekaligus. Pada bejana hidrogenasi gas hidrogen disebarkan melewati fasa cair

dimana partikel padat dari katalis tersuspensi. Pengadukan juga dimaksudkan

untuk menyebarkan panas dari reaksi yang dipindahkan melalui cooling coil dan

jaket.

Tangki pengaduk terutama digunakan untuk reaksi-reaksi kimia pada

tekanan diatas tekanan atmosfer dan pada tekanan vakum, namun tangki ini juga

sering digunakan untuk proses yang lain misalnya untuk pencampuran, pelarutan,

penguapan ekstraksi dan kristalisasi. Dalam proses mixing ini digunakan impeller

sebagai mixer yang akan mencampurkan dua fase atau lebih yang terpisah. Ada

beberapa tipe impeller yang biasa digunakan antara lain: propeller, paddle dan

turbine. Arus yang ditimbulkan oleh gerakan impeller ini menyebabkan

terbentuknya vortex yang sangat tidak diinginkan dalam proses mixing. Untuk

mencegah terjadinya vortex ketika fluida diaduk dalam tangki silinder dengan

impeller yang berada pada pusatnya maka digunakan baffle atau sekat yang

dipasang pada dinding vessel. Baffle yang digunakan biasanya memiliki jarak

yang sama. Baffle biasanya tidak menempel pada dinding vessel sehingga secara

kebetulan akan terdapat celah antara baffle dengan dinding vessel.

1.2. Manfaat

1) Dapat mengetahui dan menambah wawasan darui prinsip dasar Fluid Mixing

Apparatus

2) Dapat mengetahui perbedaan pola aliran yang ditimbulkan oleh tiga buah

impeller yang berbeda (Propeller, Turbin dan Paddle)

3) Dapat mengetahui faktor-faktor yang menyebabkan pola aliran yang berbeda

seperti padatan yang digunakan, viscosity cairan yang digunakan, kecepatan

putaran dari impeller dan lain-lain

4) Dapat mengetahui pola aliran air dan pasir yang ditimbulkan dari pemakaian

baffle

1.3. Tujuan

1) Mengetahui prinsip dan cara kerja Fluid Mixing Apparatus

2) Mengetahui faktor yang mempengaruhi perbedaan pola aliran

3) Mengetahui pengaruh dari penggunaan baffle pada proses pencampuran

4) Mengetahui bentuk-bentuk impeller

5) Mengetahui perhitungan Fluid Mixing

1.4. Permasalahan

1) Bagaimanakah pengaruh jenis impeller pada suatu Fluid Mixing?

2) Apakah pola aliran dari ragam putaran impeller sama?.

3) Apakah ada pengaruhnya penggunaan baffle pada Fluid Mixing ?

4) Bagaimanakah pengaruh bahan yang digunakan terhadap proses Fluid

Mixing ?

5) Bagaimanakah kondisi yang optimal agar pencampuran dengan Fluid Mixing

berjalan lancar ?

BAB IIBAB IITINJAUAN PUSTAKATINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pencampuran dan Pengadukan

Pencampuran atau mixing adalah suatu peristiwa menyebarnya bahan-

bahan secara acak dimana bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain

dan sebaliknya, dimana bahan-bahan itu sebelumnya terpisah dalam dua fase atau

lebih. Sedangkan pengadukan atau agitation adalah gerakan yang terinduksi

menurut cara tertentu pada suatu bahan di dalam bejana, dimana gerakan itu

biasanya mepunyai semacam pola aliran sirkulasi. Pengadukan zat cair biasanya

dilakukan untuk berbagai maksud, tergantung dari tujuan langkah itu sendiri.

Tujuan pengadukan antara lain adalah: Untuk memilih suspensi partikel zat padat,

meramu zat cair yang mampu larut, misalnya metil alkohol dan air, untuk

menyebarkan gas didalam zat cair dalam bentuk gelembung kecil, untuk

menyebarkan zat cair yang tidak dapat bercampur dengan zat cair lain, sehingga

membentuk emulsi atau suspensi butiran-butiran halus, dan untuk mempercepat

perpindahan kalor antara zat cair dengan kumparan atau mantel kalor.

Kadang-kadang suatu proses pengadukan digunakan untuk beberapa

tujuan sekaligus, misalnya dalam hidrogenasi katalitik dan zat cair. Dalam bejana

hidrogenasi didispersikan melalui zat cair dimana terdapat partikel-partikel katalis

padat dalam keadaan suspensi, sementara kalor reaksi diangkut keluar melalui

kumparan atau mantel. Suatu proses pengadukan menunjukkan gerakan yang

terinduksi menurut cara tertentu pada suatu bahan di dalam bejana, dimana

gerakan itu biasanya mempunyai semacam sirkulasi.

2.2. Impeller

Pada percobaan kali ini digunakan alat Fluid Mixing Apparatus dengan

impellernya. Impeller inilah yang akan membangkitkan pola aliran didalam

sistem, yang menyebabkan zat cair bersikulasi didalam bejana untuk akhirnya

kembali ke impeller. Pengaduk/impeller, digunakan untuk mengaduk campuran,

jenis dari impeller beragam disesuaikan pada sifat dari zat yang akan

dicampurkan. Jenis-jenis impeller yang umumnya digunakan adalah: Tree-blades/

marine impeller digunakan untuk pencampuran dengan bahan dengan viscosity

rendah dengan putaran yang tinggi. Turbine with flat vertical blades impeller

digunakan untuk cairan kental dengan viscosity tinggi, horizontal plate impeller

digunakan untuk zat berserat dengan sedikit terjadinya pemotongan. Turbine with

blades are inclined impeller paling cocok digunakan untuk tangki yang dilengkapi

jaket pemanas, curve bade Turbines impeller efektif untuk bahan berserat tanpa

pemotongan dengan viskositas rendah, flate plate impeller digunakan untuk

pencampuran emulsi, cage beaters impart impeller cocok digunakan untuk

pemotongan dan penyobekan, anchore paddle impeller digunakan campuran

dengan viscosity sangat tinggi berupa pasta.

Ada dua macam impeller pengaduk: Impeller jenis pertama disebut

impeller aliran aksial (axial flow impeller), impeller jenis ini akan membangkitkan

arus sejajar dengan sumbu poros impeller sedang yang kedua disebut impeller

aliran radial (radial flow impeller) impeller aliran radial akan membangkitkan arus

pada arah tangensial atau radial. Impeller jenis pertama membangkitkan arus

sejajar dengan sumbu poros impeller, dan yang kedua membangkitkan arus pada

arah tengensial atau radial.

Dari segi bentuknya ada tiga jenis impeller: Propeller (baling-baling),

Dayung (Paddle), dan Turbin. Masing-masing jenis terdiri lagi atas berbagai

variasi dan sub-jenis. Ada lagi jenis-jenis impeller lain yang dimaksudkan untuk

situasi-situasi tertentu, namun ketiga jenis itu agaknya dapat digunakan untuk

menyelesaikan 95 persen dari semua masalah agitasi zat cair.

2.2.1. Propeller

Propeller merupakan impeller aliran aksial berkecepatan tinggi untuk zat

cair berviskositas rendah. Propeller kecil biasanya berputar pada kecepatan motor

penuh, yaitu 1150 atau 1750 putaran/menit, sedang propeller besar berputar pada

400-800 putaran/menit. Arus yang meninggalkan propeller mengalir melalui zat

cair menurut arah tertentu sampai dibelokkan oleh lantai atau dinding bejana.

Jenis yang paling banyak dipakai adalah propeller kapal berdaun tiga, sedang

propeller berdaun empat, bergigi, atau dengan rancang lain digunakan untuk

tujuan-tujuan khusus. Selain itu, kadang dua atau lebih propeller dipasang pada

satu poros, biasanya dengan arah putaran yang sama. Namun bisa juga dipasang

dengan arah yang berlawanan, atau secara tolak/tarik sehingga menciptakan zona

fluida yang sangat turbulen di antara kedua propeller tersebut.

2.2.2. Padle atau Dayung

Untuk tugas-tugas sederhana, impeller yang terdiri dari beberapa dayung

datar yang berputar pada poros vertikal merupakan pengaduk yang cukup efektif.

Desain daun-daunnya bisa dibuat miring, atau vertikal. Dayung ini berputar di

tengah bejana dengan kecepatan rendah sampai sedang, dan mendorong zat cair

secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya gerakan vertikal pada impeller

kecuali bila daunnya agak miring. Arus yang terjadi bergerak keluar kearah

dinding lalu membelok ke atas atau ke bawah.

Pada tangki-tangki yang dalam, kadang-kadang dipasang beberapa dayung

pada satu poros. Dalam beberapa rancangan, daunnya disesuaikan dengan bentuk

dasar bejana, yang mungkin bulat atau cekung, sehingga diharapkan dapat

mengikis atau menyapu seluruh permukaan. Pada kecepatan yang rendah, dayung

memberikan efek pengadukan sedang (medium) pada bejana tanpa sekat, namun

untuk kecepatan yang lebih tinggi diperlukan pemakaian sekat, sebab jika tidak

zat cair akan berputar-putar saja mengelilingi bejana tanpa adanya pencampuran.

2.2.3. Turbin

Pada dasarnya, turbin menyerupai dayung berdaun banyak dengan daun-

daunnya yang agak pendek, dan berputar pada kecepatan tinggi pada suatu poros

yang di pasang di pusat bejana. Daun-daunnya bisa lurus atau lengkung, bisa

bersudut atau vertikal Diameter impellernya biasa lebih kecil dari diameter

dayung, yaitu berkisar antara 30-50% dari diameter bejana. Turbin biasanya

efektif untuk menjangkau viskositas yang cukup luas.

Karena pemilihan pengaduk yang tepat juga menjadi salah satu faktor penting dalam

menghasilkan proses dan pencampuran yang efektif. Di dekat impeller akan terdapat

zona arus deras yang sangat turbulen dengan geseran yang kuat. Arus utamanya

bersifat radial dan tangensial. Komponen tangensialnya menimbulkan vortex

(cekungan) dan arus putar, yang harus dihentikan dengan menggunakan sekat atau

diffuser agar impeller itu menjadi sangat efektif.

Gambar 2.1. Jenis impeller (a) baling (b) turbin (c) disk turbine

2.2.4. Hellical-Ribbon

Jenis pengaduk ini digunakan pada larutan pada kekentalan yang tinggi

dan beroperasi pada rpm yang rendah pada bagian laminer. Ribbon (bentuk seperti

pita) dibentuk dalam sebuah bagian helical (bentuknya seperti baling-balling

helikopter dan ditempelkan ke pusat sumbu pengaduk). Cairan bergerak dalam

sebuah bagian aliran berliku-liku pada bagiam bawah dan naik ke bagian atas

pengaduk.

Gambar 2.2 Pengaduk Jenis (a), (b) & (c) Hellical-Ribbon, (d) Semi-Spiral

Jenis aliran di dalam bejana yang sedang diaduk bergantung pada jenis

impeller, karakteristik fluida, ukuran dimensi (proporsi) tangki, sekat dan

kecepatan putar. Kecepatan fluida pada setiap titik dalam tangki mempunyai tiga

komponen arah dan pola alir keseluruhan didalam tangki itu bergantung pada

variasi dari ketiga komponen arah kecepatan tersebut dari satu lokasi ke lokasi

lain. Komponen kecepatan yang pertama adalah komponen radial yang bekerja

pada arah tegak lurus terhadap poros impeller. Komponen kedua ialah komponen

longitudinal yang bekerja pada arah pararel dengan poros. Komponen ketiga

adalah komponen tangensial atau rotasional yang bekerja pada arah singgung

terhadap lintasan lingkar di sekeliling poros. Dalam keadaan biasa, di mana poros

itu vertikal, komponen radial dan tangensial berada dalam satu bidang horisontal,

dan komponen longitudinalnya vertikal. Komponen radial dan komponen

longitudinal sangat aktif dalam memberikan aliran yang diperlukan untuk

melakukan pencampuran. Bila poros itu vertikal dan terletak persis di pusat

tangki, komponen tangensial biasanya kurang menguntungkan. Arus tangensial itu

mengikuti suatu lintasan berbentuk lingkaran di sekitar poros, dan menimbulkan

vortex pada permukaan zat cair, dan karena adanya sirkulasi aliran laminar,

cenderung membentuk stratifikasi pada berbagai lapisan tanpa adanya aliran

longitudinal antara lapisan-lapisan itu.

Jika di dalam sistem itu terdapat pula partikel zat padat, arus sirkulasi itu

cenderung melemparkan partikel-partikel itu, dengan gaya sentrifugal, ke arah

luar, dan dari situ bergerak ke bawah, dan sesampai di dasar tangki, lalu ke pusat.

Karena itu, bukannya pencampuran yang berlangsung di sini, tetapi sebaliknya

pengumpulanlah yang terjadi. Jadi, karena dalam aliran sirkulasi zat cair begerak

menurut arah gerakan daun impeller, kecepatan relatif antara daun dan zat cair itu

berkurang, dan daya yang dapat diserap zat cair itu menjadi terbatas.

Dalam bejana yang tak bersekat, alir putaran itu dapat dibangkitkan oleh

segala jenis impeller, baik aliran aksial maupun yang radial. Jadi, jika putaran zat

cair itu cukup kuat, pola aliran di dalam tangki itu dapat dikatakan tetap,

bagaimanapun bentuk rancangan impeller. Pada kecepatan impeller tinggi vortex

yang terbentuk mungkin sedemikian dalamnya, sehingga mencapai impeller; dan

gas dari atas permukaan zat cair akan tersedot ke dalam zat cair itu. Makanya hal

demikian tidaklah dikehendaki.

Aliran tingkat (circulatory flow) dan arus putar (swirling) dapat dicegah

dengan menggunakan salah satu dari tiga cara di bawah ini. Dalam tangki-tangki

kecil impeller dipasang di luar sumbu tangki. Porosnya digeser sedikit dari garis

pusat tangki, lalu dimiringkan dalam suatu bidang yang tegak lurus terhadap

pergeseran itu. Dalam tangki-tangki yang lebih besar, agitatornya dipasang di sisi

tangki, dengan porosnya pada bidang horizontal, tetapi membuat sudut dengan

jari-jari tangki.

Penggunaan impeller diatas tergantung pada geometri vessel (tangki,

viskositas cairan). Untuk viskositas yang < 2000 cp, maka digunakan impeller

dengan tipe propeller. Untuk viskositas antara 2000 cp – 50.000 cp, maka

digunakan impeller dengan tipe turbin. Untuk viskositas antara 100.000 –

1.000.000 cp maka digunakan impeller dengan tipe dan paddles. Untuk viskositas

> 1.000.000 cp maka digunakan impeller pencampuran khusus seperti banburg

mixer, kneaders, extrudes, digunakan sigama mixer dan tipe lain.

Propeller merupakan impeller aliran aksial berkecepatan tinggi untuk zat

cair berviskositas rendah. Propeller kecil biasanya berputar pada kecepatan motor

penuh, yaitu 1.150 atau 1.750 rpm, sedang propeller besar berputar pada 400

sampai 800 rpm. Arus yang meninggalkan propeller mengalir melalui zat cair

menurut arah tertentu samapi dibelokkan oleh lantai atau dinding bejana. Kolom

zat cair yang berputar dengan sangat turbulennya itu meninggalkan impeller

dengan membawa ikut zat cair stagnan yang dijumpainya dalam perjalanannya

itu, dan zat cair stagnan yang terbawa ikut itu mungkin lebih banyak dari yang

dibawa kolom arus sebesar itu kalau berasal dari nosel stasioner. Daun-daun

propeller merobekkan menyeret zat cair itu. Oleh karena arus aliran ini sangat

gigih, agitator propeller sangat efektif dalam bejana besar.

Propeller yang berputar membuat pola heliks di dalam zat cair, dan jika

tidak tergelincir antara zat cair dan propeller itu, satu putaran penuh propeller

akan memindahkan zat cair secara longitudinal pada jarak tertentu, bergantung

dari sudut kemiringan daun propeller. Rasio jarak ini terhadap diameter

dinamakan jarak-bagi (pitch) propeller itu. Propeller yang mempunyai jarak bagi

1,0 disebut mempunyai jarak-bagi bujur-sangkar (square pitch).

Untuk tugas-tugas sederhana, agitator yang terdiri dari satu dayung datar

yang berputar pada poros vertikal merupakan pengaduk yang cukup efektif.

Kadang-kadang daun-daunnya dibuat miring, tetapi biasanya vertikal saja.

Dayung (padle) ini berputar di tengah bejana dengan kecepatan rendah sampai

sedang, dan mendorong zat cair secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya

gerakan vertikal pada impeller, kecuali bila daunnya agak miring. Arus yang

terjadi bergerak ke luar ke arah dinding, lalu membelok ke atas atau ke bawah.

Dalam tangki-tangki yang dalam, kadang-kadang dipasang beberapa dayung pada

satu poros, dayung yang satu di atas yang lain. Dalam beberapa rancang, daunnya

disesuaikan dengan bentuk dasar bejana, yang mungkin bulat atau cekung, piring,

sehingga dapat mengikis atau menyapu permukaan pada jarak sangat dekat.

Dayung (padle) jenis tersebut dinamakan agitator jangkar (anchor agitator).

Jangkar ini sangat efektif untuk mencegah terbentuknya endapan atau kerak pada

permukaan penukar kalor, seperti umpamanya, dalam bejana proses bermantel,

tetapi tidak terlalu efektif sebagai alat pencampur. Jangkar ini biasanya

dioperasikan bersama dengan dayung berkecepatan tinggi atau agitator lain, yang

biasanya berputar menurut arah yang berlawanan.

Agitator dayung yang digunakan di industri biasanya berputar dengan

kecepatan antara 20 dan 150 rpm. Panjang total impeller dayung biasanya antara

50 sampai 80 persen dari diameter-dalam bejana. Lebar daunnya seperenam

sampai sepersepuluh panjangnya. Pada kecepatan yang sangat rendah, dayung

dapat memberikan pengadukan sedang di dalam bejana tanpa-sekat, pada

kecepatan yang lebih tinggi diperlukan pemakaian sekat, sebab jika tidak, zat cair

itu akan berputar-putar saja mengelilingi bejana itu dengan kecepatan tinggi,

tetapi tanpa adanya pencampuran.

Beberapa di antara berbagai ragam bentuk rancang turbin adalah turbin

daun-lurus terbuka, turbin piring berdaun dan turbin piring lengkung vertikal.

Kebanyakan turbin itu menyerupai agitator-dayung berdaun banyak dengan daun-

daunnya yang agak pendek, dan berputar pada kecepatan tinggi pada suatu poros

yang dipasang di pusat bejana. Daun-daunnya boleh lurus dan boleh pula

lengkung, boleh bersudut, dan boleh pula vertikal. Impellernya mungkin terbuka,

setengah terbuka, atau terselubung. Diameter impeller biasanya lebih kecil dari

diameter dayung, yaitu berkisar antara 30 sampai 50 persen dari diameter bejana.

Turbin biasanya efektif untuk jangkau viskositas yang cukup luas. Pada

cair berviskositas rendah, turbin itu menimbulkan arus yang sangat deras yang

berlangsung di keseluruhan bejana, menabrak kantong-kantong yang stagnan dan

merusaknya. Di dekat impeller itu terdapat zona arus deras yang sangat turbulen

dengan geseran yang kuat. Arus utamanya bersifat radial dan tangensial.

Komponen tangensialnya menimbulkan vortex dan arus putar, yang harus

dihentikan dengan menggunakan sekat (baffle) atau difuser agar impeller itu

menjadi sangat efektif.

Vessel biasanya berbentuk tanki silinder vertikal dimana di dalamnya akan

diisikan fluida dengan kedalaman yang sama dengan diameter tanki. Tetapi pada

beberapa sistem pengontakan gas atau cairan dengan kedalaman cairan sekitar 3

kali diameter tangki maka akan digunakan banyak impeller. Diameter vessel

berkisar antara 0,1 meter untuk unit yang kecil hingga 10 meter ataupun lebih

untuk instalasi industri besar.

Bagian dasar tangki dapat berbentuk datar, lengkungan atau lancip

(kerucut) tergantung pada faktor kemudahan pada saat pengurasan atau pada zat

padat yang terlarut. Bentuk yang sering digunakan adalah bentuk lengkungan

karena sudut yang ada sangat minimalis sehingga zat padat tidak ada yang terselip

dan akan rata tercampur. Sedangkan jika bentuk kerucut (cone) yang digunakan

maka harus dipastikan bahwa pencampuran dapat dilakukan dengan sempurna

dengan cara menurunkan posisi impeller, Tetapi hal ini akan sangat berbahaya

jika impeller terlalu dekat dengan permukaan dinding vessel terutama jika sampai

bersentuhan akan mengakibatkan alat menjadi rusak.

Dalam kasus lainnya sering pula digunakan 2 buah impeller pada bagian

atas. Walaupun bawah vessel untuk memperoleh pencampuran yang sempurna.

Pada desain mixer atau settler untuk solvent extraction biasanya digunakan tanki

segi empat karena pertimbangan harga yang lebih murahh untuk kapasitas yang

besar dan juga lebih mudah mengkombinasikannya dengan settler.

Berikut ini pola aliran yang dihasilkan oleh jenis-jenis Impeller:

Propeller, Turbine, Paddle.

Jenis aliran di dalam bejana yang sedang diaduk bergantung pada jenis

impeller, karakteristik fluida, dan ukuran serta perbandingan (proporsi) tangki,

sekat, dan agitator. Kecepatan fluida dalam setiap titik dalam tangki mempunyai

tiga komponen, dan pola aliran keseluruhan di dalam tangki itu bergantung pada

variasi dari ketiga komponen itu dari satu lokasi ke lokasi lain. Komponen

kecepatan yang pertama ialah komponen radial yang bekerja pada arah tegak lurus

terhadap poros impeller. Komponen kedua ialah komponen longitudinal, yang

bekerja pada arah paralel dengan poros. Komponen ketiga ialah komponen

tangensial, atau rotasional, yang bekerja pada arah singgung terhadap lintasan

lingkar di sekeliling poros. Dalam keadaan biasa, di mana poros itu vertikal,

komponen radial dan tangensial berada dalam satu bidang horisontal, dan

komponen longitudinalnya vertikal. Komponen radial dan komponen longitudinal

sangat aktif dalam memberikan aliran yang diperlukan untuk melakukan

pencampuran. Bila poros itu vertikal dan terletak persis di pusat tangki, komponen

tangensial biasanya kurang menguntungkan. Arus tangensial itu mengikuti suatu

lintasan berbentuk lingkaran di sekitar poros, dan menimbulkan vortex pada

permukaan zat cair, dan karena adanya sirkulasi aliran laminar, cenderung

membentuk stratifikasi pada berbagai lapisan tanpa adanya aliran longitudinal

antara lapisan-lapisan itu. Jika di dalam sistem itu terdapat pula partikel zat padat,

arus sirkulasi itu cenderung melemparkan partikel-partikel itu, dengan gaya

sentrifugal, ke arah luar, dan dari situ bergerak ke bawah, dan sesampai di dasar

tangki, lalu ke pusat. Karena itu, bukannya pencampuran yang berlangung di sini,

tetapi sebaliknya pengumpulanlah yang terjadi. Jadi, karena dalam aliran sirkulasi

zat cair begerak menurut arah gerakan daun impeller, kecepatan relatif antara

daun dan zat cair itu berkurang, dan daya yang dapat diserap zat cair itu menjadi

terbatas. Dalam bejana yang tak bersekat, alir putaran itu dapat dibangkitkan oleh

segala jenis impeller, baik aliran aksial maupun yang radial. Jadi, jika putaran zat

cair itu cukup kuat, pola aliran di dalam tangki itu dapat dikatakan tetap,

bagaimanapun bentuk rancangan impeller. Pada kecepatan impeller tinggi vortex

yang terbentuk mungkin sedemikian dalamnya, sehingga mencapai impeller; dan

gas dari atas permukaan zat cair akan tersedot ke dalam zat cair itu. Makanya hal

demikian tidaklah dikehendaki.

Aliran tingkat (circulatory flow) dan arus putar (swirling) dapat dicegah

dengan menggunakan salah satu dari tiga cara di bawah ini. Dalam tangki-tangki

kecil impeller dipasang di luar sumbu tangki (eksentrik). Porosnya digeser sedikit

dari garis pusat tangki, lalu dimiringkan dalam suatu bidang yang tegak lurus

terhadap pergeseran itu. Pengaduk jenis baling-baling dengan aliran aksial dan pengaduk

jenis turbin dengan aliran radial menjadi pilihan yang lazim dalam pencampuran. Dalam

tangki-tangki yang lebih besar, agitatornya dipasang di sisi tangki, dengan

porosnya pada bidang horisontal, tetapi membuat sudut dengan jari-jari tangki.

Pola aliran adalah pola yang terbentuk pada fluida akibat adanya putaran

pengaduk, posisi pengaduk, dan jenis tangki yang digunakan. Arus putar

(Swirling) akan terbentuk jika posisi pengaduk diletakkan pada posisi center dan

pada tangki unbuffle. Pola aliran yang terbentuk pada tangki Unbuffel adalah

aliran tangensial yang dapat menyebabkan terbentuknya vortex (pusaran) dan

Swirling. Aliran tangensial akan menyebabkan kurang efektifnya waktu

pencampuran dan putaran pengaduk. Cara untuk mengatasi permasalahan

ini,adalah dengan pemasangan sekat. Pemasangan sekat sangat efisien untuk

mendapatkan hasil yang maksimal. Pemakaian tangki buffle dapat mangacaukan

aliran tangensial, sehingga terbentuk aliran acak yang dapat mempercepat

distribusi antara kedua bahan.

Pola aliran untuk tiap impeller akan berbeda tergantung pada bentuk

masing –masing dari impeller tersebut. Untuk 100 rpm dengan proses tanpa sekat

atau tahanan, ke 5 jenis impeller ini menghasilkan bentuk pola aliran tangensial

dan radial terhadap bidang rotasi pengaduk. Padahal dalam teori dinyatakan

bahwa untu jenis pengaduk propeller akan menhasilkan pola aliran aksial (sejajar

dengan sumbu putaran). Jadi bisa dikatakan tidak selalu pengaduk jenis propeller

akan menghasilkan pola aliran aksial, tergantung pada rpm nya. Karena jika rpm

nya diperbesar maka akan semakin tangensial lah bentuk pola alirannya.

Sedangkan untuk proses dengan menggunakan sekat, untuk ke 4 impeller ini

bentuk pola alirannya aksial dan radial pada dasar tangki kecuali untuk pengaduk

jenis propeller yang hanya menghasilkan pola aliran aksial Jadi fungsi sekat disini

adalah merubah pola aliran yang semula pola tangensial dan radial menjadi aksial

dan radial pada dasar tangki. Karena pola aliran tangensial sangat merugikan,

selain memakan waktu yang lama untuk pencampuran juga dapat melemparkan

keluar partikel-partikel jika kita menggunakan zat padat pada pencampuran

tersebut. Bisa disimpulkan sekat akan membantu mempercepat proses

pengadukan.

Waktu pencampuran untuk impeller jenis turbin datar, dayung dan baling-

baling 1/2 sangat bervariasi. Dari data hasil pratikum didapatkan untuk rentang

100 – 300 rpm untuk proses tanpa sekat, jika rpmnya diperbesar maka waktu

pencampurannya akan semakin lama. Karena akan mengasilkan pola aliran

tangensial sehingga jika di tetesi tinta cina, maka tinta cina akan terperangkap

pada aliran tangensial tersebut, sehingga menyebabkan proses pencampurannya

semakin lama. Kecuali pada Turbin datar. semakin besar rpm waktu

pencampurannya semakin cepat. Karena piring pada turbin ini akan berfungsi

sebagai sekat kecil yang akan mempercepat proses pencampuran Sedangkan untuk

proses menggunakan sekat jika rpmnya diperbesar waktu pencampurannya juga

akan semakin cepat. Bahkan jauh lebih cepat dibandingkan dengan proses tanpa

sekat. Karena sekat yang digunakan akan membuat pola aliran menjadi aksial.

Daya yang di butuhkan tiap impeller untuk proses pengadukan hingga

dicapai kondisi yang serba sama, juga berbeda tergantung kecepatan dari variasi

rpm. dari hasil penelitian yang didapat impeller jenis dayung lebih sedikit

menggunakan daya di bandingkan dengan dua impeller lainnya ( turbin datar dan

baling-baling 1/2 ). Karena daya yang dibutuhkan untuk proses pengadukan akan

dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya: diameter pengaduk, kekentalan

cairan, kerapatan cairan, percepatan grafitasi dan laju putar aliran.

BAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN

3.1. Alat dan Bahan

1) Satu unit Fluid Mixing Apparatus yang dilengkapi dengan impeller berbeda

dengan baffle dan tanpa baffle

2) Pasir

3) Air

4) Garam

3.2. Prosedur Percobaan

1) Siapkan Fluid Mixing apparatus sehingga dapat digunakan sebagaimana

mestinya

2) Ukurlah diameter vessel, diameter impeller, jarak impeller, dari dasar vessel,

lebah bilah impeller

3) Masukkan air, pasir dan garam ke dalam fluid Mixing apparatus, kemudian

pasang impeller dikehendaki

4) Hidupkan Fluid Mixing Apparatus dan aturlah kecepatan putaran impeller

50 rpm, 100 rpm, 200 rpm, 300 rpm, lakukan secara bergantian

5) Amati dan gambarkan pola aliran yang terjadi setiap kenaikkan kecepatan

putaran impeller dan hitung daya dari pengadukan tersebut

6) Ulangi percobaan diatas untuk impeller yang berbeda dan Fluid Mixing

Apparatus dengan baffle

BAB IVHASIL PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN

4.1. Hasil Pengamatan

BaffleJenis

ImpellerRpm Df Da H W E

Jenis Pola Aliran

Tidak

Turbine

13021,078

cm2,3 cm

30 cm

5 cm7,3 cm

Radial

27021,078

cm2,3 cm

30 cm

5 cm7,3 cm

Radial

32021,078

cm2,3 cm

30 cm

5 cm7,3 cm

Radial

Ada

13021,078

cm2,3 cm

30 cm

5 cm7,3 cm

Radial

27021,078

cm2,3 cm

30 cm

5 cm7,3 cm

Radial

13021,078

cm2,3 cm

30 cm

5 cm7,3 cm

Radial

4.2. Perhitungan

1) Konversikan satuan masing-masing ukuran ke konversi yang sesuai

Da ( diameter impeller ) = 2,3 cm = 0,07544 ft

n ( kecepatan putaran impeller ) = 130 rpm = 2,167 rps

= 270 rpm = 4,5 rps

= 320 rpm = 5,33 rps

Dt ( diameter tabung ) = 21,078 cm = 0,6915 ft

w ( lebar daun impeller ) = 5 cm = 0,164 ft

E ( jarak dasar tabung ke impeller ) = 7,3 cm = 0,23944 ft

H ( tinggi larutan dari dasar tabung ke permukaan ) = 30 cm = 0,9842 ft

L ( panjang daun impeller ) = 5 cm = 0,164 ft

2) Tentukan jenis impeller yang digunakan ?

Jenis impeller yang digunakan propeller bersekat

3) Hitung Reynold Number, NRe setelah itu cari nilai daya Np dari grafik (9-13

atau 9-14) buku OTK jilid 1 sesuaikan dengan pengamatan grafik

Da = 0,07544 ft

n = 2,167 rps

n = 4,5 rps

n = 5,33 rps

asumsi = 62,24 lb/ft3

= 5,98 . 10-4 lb/ft s

(sumber buku Mass- Transfer Operation Bab 6 bagian contoh soal 6.2 hal. 157,

Treyball R.E)

n = 2,167 rps

NRe = 1283,60 rps

Plot data pada Figure 6.5 buku Mass- Transfer Operation Bab 6; Treyball R.E,

diperoleh nilai daya Np;

Np = 1,21754

n = 4,5 rps

NRe = 2665,534 rps

Plot data pada Figure 6.5 buku Mass- Transfer Operation Bab 6; Treyball R.E,

diperoleh nilai daya Np;

Np = 0,88740

n = 5,33 rps

NRe = 3158,9543 rps

Plot data pada Figure 6.5 buku Mass- Transfer Operation Bab 6; Treyball R.E,

diperoleh nilai daya Np;

Np = 0,722

Masukkan ke rumus daya

n = 2,167 rps, Np = 1,21754

P = 1,80834 ft lbf/s

n = 4,5 rps, Np = 0,88740

P = 11,8205 ft lbf/s

n = 5,33 rps, Np = 0,722

P = 15,99896 ft lbf/s

BAB VPEMBAHASAN

Grafik Untuk Daya Vs Kecepatan Putaran

0

2

4

6

10

12

14

16

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5

V (kecepatan putaran) RPS

P(Daya)ft lbf/s

Setelah selesai melakukan praktikum Fluid Mixing Apparatus ini, menjadi

semakin jelaslah mengenai apa yang menjadi tujuan dari praktikum ini. Terutama

dalam hal prinsip dan cara kerja dari Fluid Mixing Apparatus serta mengetahui

jenis daripada pola aliran yang terjadi. Pada percobaan kali ini digunakan alat

Fluid Mixing Apparatus dengan impellernya. Impeller inilah yang akan

membangkitkan pola aliran di dalam sistem, yang menyebabkan zat cair

bersikulasi di dalam bejana untuk akhirnya kembali ke impeller. Ada dua macam

impeller pengaduk, yaitu impeller aliran-aksial (axial-flow impeller) dan impeller

aliran-radial (radial-flow impeller). Impeller jenis pertama membangkitkan arus

sejajar dengan sumbu poros impeller, dan yang kedua membangkitkan arus pada

arah tengensial atau radial.

Pada proses pencampuran dengan mengunakan poros dengan arah vertikal

dan terletak persis di pusat tangki, komponen kecepatan fluida pada arah

tangensial dapat merugikan karena arus tangensial akan mengikuti lintasan

berbentuk lingkaran dan menimbulkan vortex pada permukaan zat cair. Dengan

adanya vortex ini, maka mixing menjadi tidak sempurna dikarenakan partikel

mengumpul di tengah vessel sehingga pencampuran lambat terjadi dan harus

dilakukan dengan putaran (rpm) tinggi. Di dalam bejana yang tak bersekat, aliran

putar yang dapat menimbulkan vortex dapat dibangkitkan oleh segala jenis

impeller baik aliran aksial maupun radial apabila beroperasi pada kecepatan

tinggi.

Untuk mencegah terjadinya pembentukan ruang udara (vortex) pada saat

cairan-cairan dengan viskositas rendah diaduk dalam tangki silinder vertikal

dengan impeller yang berada pada pusatnya, maka digunakanlah baffle yang

dipasang pada dinding vessel. Pada dasarnya, vortex terjadi karena adanya gaya

sentripetal yang ditimbulkan oleh perputaran poros impeller pada kecepatan tinggi

yang cenderung mengarah ke pusat poros. Dengan adanya baffle ini, maka gaya

sentripetal yang ditimbulkan oleh aliran fluida tersebut dapat dikurangi. Baffle

yang digunakan biasanya memiliki jarak yang sama sekitar 1 - 10 dari diameter

tangki.

Baffle biasanya tidak menempel pada dinding vessel sehingga secara

kebetulan akan terdapat celah antara baffle dengan dinding vessel. Baffle

umumnya tidak digunakan pada cairan dengan viskositas tinggi dimana

pembentukan vortex bukanlah menjadi masalah yang penting. Baffle dipasang

pada mixing vessel untuk menambah turbulensi. Walaupun penggunaan baffle

menaikkan jumlah tenaga atau energi, tetapi di sisi lain memilki keuntungan yaitu

terjadinya perpindahan panas secara terus menerus dan waktu yang dibutuhkan

untuk mencampur lebih cepat. Pada sistem berpengaduk propeller, memberikan

bentuk aliran yang bergerak secara aksial sehingga menabrak dasar silinder,

sehingga tidak terjadi penumpukan partikel di satu tempat, melainkan merata di

dasar dan acak. Sedangkan pada sistem berpengaduk turbin, memberikan bentuk

aliran yang menyebar ke arah dinding silinder kemudian bergerak ke dasar

silinder kemudian naik lagi ke arah impeller, dan penambahan kecepatan

berakibat pada penumpukan partikel sehingga sulit terjadi homogenitas. Untuk

mengatasinya, dipasang baffle sehingga vortex dapat dirusak dan mixing menjadi

lebih sempurna.

Dalam percobaan ini, kita menggunakan pasir sebagai parameter untuk

melihat pola aliran yang terjadi. Jumlah pasir yang digunakan akan berpengaruh

pada hasil pengamatan (secara kasat mata) terhadap bentuk dan pola aliran yang

sedang diaduk. Jika pasir yang digunakan terlalu sedikit, maka pola aliran yang

terbentuk tidak terlihat secara jelas.

BAB VIKESIMPULAN DAN SARAN

6.1. Kesimpulan

1. Pengadukan menggunakan propeller, menyebabkan aliran aksial.

2. Pengadukan menggunakan impeller, menyebabkan aliran aksial.

3. Semakin cepat pengadukan, maka semakin besar vortex yang terbentuk.

4. Kerugian akibat adanya vortex, pencampuran lambat terjadi, harus

menggunakan kecepatan pengadukan yang tinggi, pengadukan tidak homogen

karena partikel mengumpul di tengah vessel.

5. Jika densitas dan viskositas cairan lebih kecil maka yang terjadi vortex yang

terbentuk lebih besar.

6. Pengadukan dengan baffle dapat merendam vortex yang terbentuk.

7. Pengadukan dengan propeller menyebabkan vortex lebih kecil bila

dibandingkan dengan menggunakan turbin.

6.2. Saran

1. Peralatan yang ada di laboratorium diharapkan semuanya dapat beroperasi.

2. Kebersihan di laboratorium diharapkan lebih dijaga agar nyaman saat

praktikum.

3. Dalam penggunaan impeller disesuaikan dengan tingakat viskositas larutan.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2011. Fluid Mixing. http://duniaengineer.blogspot.com/2011/09/fluid-

mixing. html, (diakses pada tanggal 1 september 2014).

Gordon, Harward. 1998. Mixing Fundamentals. http://www.haywardgordon.com

usercontent/documentsmixingfundamentals.pdf, (diakses pada 2 September

2014).

Husni, Ahmad. 2012. Mixing Process.

http://ahmadhusnilubis.blogspot.com/2012 /02/pencampuran-bahan-

kimia-mixing-process.html, (diakses pada tanggal 9 September 2014).

Ilyas, Bakri. 2013. Pencampuran Fluida. http://learnmine.blogspot.com/2013/06/

tentang-fluida.html, (diakses pada tanggal 9 September 2014).

Kurniawan, Rahmat. 2011. Pengadukan dan Pencampuran. http://tekimku.

blogspot.com/2011/08/pengadukan-danpencampuran.html, (diakses pada

tanggal 2 september 2014).