Upload
rezkinugroho
View
35
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Contoh Laporan Praktikum
Citation preview
PERCOBAAN V
TANGKI BERPENGADUK
5.1 Pendahuluan
5.1.1.Tujuan Percobaan
Percobaan ini bertujuan untuk mempelajari proses pencampuran dalam fluida
yang diselenggarakan didalam sistem tangki berpengaduk, mengidentifikasi faktor-
faktor yang mempengaruhi efektivitas pencampuran dan menentukan pola aliran
yang terbentuk.
5.1.2 Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari-hari pengadukan sering ditemukan. Pengadukan
dilakukan untuk mencampur suatu fluida dengan fluida, ataupun fluida dengan
partikel padat. Contoh pengadukan yang paling sering ditemukan adalah pengadukan
untuk pembuatan larutan gula dari air minum dan gula pasir.
Seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan, maka manusi berpikir cara
pengadukan yang lebih praktis dan dalam jumlah yang banyak. Salah satu hasil
pemikiran tersebut adalah tangki berpengaduk. Tangki berpendaduk merupakan suatu
alat yang bekerja secara otomatis (digerakkan oleh motor) dan paling sering dijumpai
pada suatu industri kimia. Tangki berpengaduk memiliki banyak variasi pengaduk
sesuai dengan kebutuhan industri. Variasi pengaduk memiliki peranan penting dalam
menentukan efisiensi dari kerja tangki berpengaduk.
Tangki berpengaduk dalam suatu industri pada umumnya berada pada awal
proses produksi. Hal ini sesuai dengan fungsinya sebagai pencampur (mixer) bahan
yang kemudian diteruskan ke unit produksi lainnya, misalnya saja reaktor. Sebelum
bahan/ umpan memasuki reaktor, maka bahan perlu disesuaikan dengan kondisi
operasi reaktor agar efisiensi kerja reaktor menjadi maksimal. Salah satunya adalah
dengan melakukan pencampuran terlebih dahulu.
V-1
V-1
5.2 Dasar Teori
Pencampuran suatu fluida merupakan salah satu disiplin ilmu dari mekanika
fluida. Gerakan fluida digunakan untuk mempercepat atau memperlambat proses dari
difusi dan konduksi untuk membawa konsentrasi dan temperatur yang seragam.
Proses pencampuran pada umumnya diangkut di dalam pipa dan tangki geometri.
Pencampurannya dapat berupa radial ataupun aksial. Salah satu contoh dari
backmixing atau pencampuran aksial terdapat pada tangki berpengaduk (stirred
tank). Pencampuran dari beberapa elemen pada keadaan mula-mula pada perbedaan
posisi aksial di dalam sebuah pipa. Sedangkan pencampuran radial berupa
pencampuran beberapa elemen melalui suatu titik yang sama dan pada saat yang
bersamaan. Contohnya pencampuran di dalam pipa tee. (Perry, 1999)
Karakteristik pengadukan fluida antara lain sebagai berikut:
1. Campuran dua miscible atau immiscible liquid.
2. Dissolving solid dalam liquid.
3. Dispersi gas dalam liquid.
4. Pengadukan fluida untuk meningkatkan heat transfer antara fluida dan coil atau
jaket.
5. Suspensi partikel padatan halus dalam cairan, seperti dalam hidrogenasi katalitik
dan liquid dimana katalis solid dan gelembung hidrogen terdispersi dalam liquid.
6. Dispersi droplets dari satu immiscible liquid dengan yang lain.
Gambar 5.1 Konfigurasi standar tangki
(Cooker, 2001)
V-2
Pencampuran dalam suatu tangki dengan beberapa bentuk pengaduk adalah
yang paling umum digunakan untuk mencampur suatu cairan dan untuk
mempersiapkan larutan. Pengaduk dipilih dalam suatu desain tangki berpengaduk
berdasarkan pada tipe pencampuran yang diperlukan, kapasitas tangki, properti
fluidanya, dan viskositas utama (gabungan). Tipikal susunan dari agitator
(penganduk) dan baffles (sekat) dalam sebuah tangki berpengaduk, beserta aliran
yang terbentuk dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 5.2 Susunan pengaduk dari visualisasi alirannya
(Coulson6, 1999)
Hal yang penting dari tangki pengaduk dalam penggunaannya antara lain:
1. Bentuk: pada umumnya digunakan bentuk silindris dan bagian bawah cekung
atau flat.
2. Ukuran: yaitu diameter dan tinggi tangki.
3. Kelengkapannya:
a. Ada tidaknya baffle, yang berpengaruh pda pola aliran di dalam tangki.
V-3
b. Jacket atau coil pendingin/ pemanas yang berfungsi sebagai pengendali
temperatur.
c. Letak lubang pemasukan dan pengeluaran untuk proses kontinu.
d. Kelengkapan lainnya seperti tutup tangki, dan sebagainya.
Pengaduk dibagi menjadi dua jenis berdasarkan luas blade dan kecepatan
rotasinya, yaitu:
1. Pengaduk yang luas bladenya kecil, berotasi pada kecepatan tinggi. Misalnya
pengaduk turbin dan propeler. Pengaduk-pengaduk ini biasanya untuk
mencampur larutan dengan viskositas rendah sampai sedang.
a. Turbin: cocok untuk mencampur larutan dengan viskositas dinamiknya
sampai dengan 50 Ns/m2. Pengaduk tipe ini mengakibatkan pola aliran radial
yang tegak lurus (perpendicular) terhadap dinding tangki.
b. Propeler: cocok utnuk mencampur larutan yang viskositas dinamiknya
sampai dengan 10 Ns/m2. Menghasilkan pola aliran aksial paralel terhadap
dinding tangki. Ketika larutan sedang bersirkulasi dalam tangki, larutan
tersebut bergerak dalam kondisi yang gaya gesernya bervariasi, seolah-olah
viskositas larutan rendah ketika dekat blade dan tinggi ketika jauh dari blade.
(Tim Dosen Teknik Kimia, 2010)
V-4
Bentuk beberapa pengaduknya dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 5.3 (a) Turbine impeller (b) Pitched blade turbine (c) Marine turbine
(Coulson6, 1999)
2. Pengaduk yang luas bladenya besar, berotasi pada kecepatan rendah. Misalnya
pengaduk paddle, anchor (jangkar), gate, helical screws, helical ribbons.
Pengaduk tipe ini cocok juga efektif untuk proses pencampuran larutan dengan
viskositas tinggi (larutan kental).
a. Paddle: Pengaduk jenis ini sering memegang peranan penting pada proses
pencampuran dalam industri. Bentuk pengaduk ini memiliki minimum dua
sudut, horizontal atau vertikal, dengan nilai D/T yang tinggi. Paddle
digunakan pada aliran fluida laminar, transisi atau turbulen tanpa baffle.
Pengaduk paddle menimbulkan aliran arah radial dan tangensial serta hampir
tanpa gerak vertikal sama sekali.
V-5
b. Anchor: Pengaduk ini mengakibatkan aliran tangensial, jumlah putarannya
rendah. Mempunyai daerah proses operasi dekat dengan dinding tangki.
Gaya geser anchor akan membuat aliran dalam tangki yang menyebabkan
perputaran arus aliran yang terus-menerus dalam tangki. Pengaduk anchor
mampu mencampur larutan-larutan dengan viskositas dinamik sampai
dengan 100 Ns/m2.
c. Gate: Hampir sama seperti pengaduk anchor, daerah operasinya adalah dekat
dengan dinding tangki.
d. Helical screw: Beroperasi dengan cara seolah-olah memompa larutan dari
dasar tangki menuju permukaan, lalu larutan yang dipermukaan dipompa
kembali ke dasar tangki untuk mengisi kekosongan yang terjadi ketika
larutan dipompa ke atasnya. (Tim Dosen Teknik Kimia, 2010)
Berikut beberapa gambar tangki berpengaduk yang berotasi denga kecepatan
rendah.
Gambar 5.4 (a) Paddle (b) Anchor (c) Helical ribbon
(Coulson6, 1999)
V-6
Berikut ini merupakan beberapa jenis pengaduk beserta gambar aliran dan
aplikasinya.
Tabel 5.1 Pengaduk dan gambar alirannya
(Cooker, 2001)
V-7
Kecepatan pengaduk yang umumnya digunakan pada operasi industri kimia
adalah sebagai berikut:
- Kecepatan tinggi, berkisar pada kecepatan 1750 rpm. Pengaduk dengan kecepatan
ini umumnya digunakan untuk viskositas rendah, misalnya air.
- Kecepatan sedang, berkisar pada kecepatan 1150 rpm. Pengaduk dengan
kecepatan ini umumnya digunakan untuk larutan sirup kental dan minyak pernis.
- Kecepatan rendah, berkisar pada kecepatan 400 rpm. Pengaduk dengan kecepatan
ini umumnya digunakan unuk minyak kental, lumpur dimana terdapat serat atau
pada cairan yang dapat menimbulkan busa.
Dalam desain suatu pencampuran larutan, maka rumus-rumus yang tak
memiliki satuan di bawah ini penting.
- Power Number: mewakili daya yang diberikan
..........................................................
(5.1)
- Reynold Number: mwwakili, menjelaskan pengaruh dari akibat viskositas larutan
........................................................... (5.2)
- Froude Number: menjelaskan pengaruh dari gaya tarik bumi
........................................................... (5.3)
- Weber Number: menjelaskan pengaruh dari gaya tegangan permukaan
......................................................... (5.4)
Weber Number untuk proses pencampuran hanya penting ketika terjadi pemisahan
fase-fase fisik dalam sistem pencampuran larutan tersebut, misalnya dalam proses
ekstraksi cair-cair. (Tim Dosen Teknik Kimia, 2010:)
V-8
5.3 Metodologi percobaan
5.3.1 Alat yang digunakan dan Deskripsi alat
Alat-alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah
- Seperangkat alat tangki berpengaduk
- Stopwatch
- Piknometer 25 ml
- Pipet volume 25 ml
- Gelas beker 50 ml
- Propipet
- Neraca analitik
- Beaker glass 250 ml
Deskripsi alat
4
Gambar 5.5. Rangkaian Alat Tangki Berpengaduk
V-9
6
Keterangan :1. Motor pengaduk2. Poros3. Sekat4. Tangki5. Pengaduk6. Pengatur kecepatan
pengaduk
2
34
5
16
3
2
5
5.3.2. Bahan
Bahan-bahan yang diperlukan dalam percobaan ini yaitu :
- Air keran
- Zat warna biru
- Sekam padi
5.3.3. Prosedur Percobaan
5.3.3.1 Percobaan pendahuluan
1. Mengukur densitas air keran dengan piknometer.
2. Menimbang berat piknometer kosong.
3. Memasukkan 25 mL air keran ke dalam piknometer lalu
menimbang dan mencatat temperaturnya.
4. Mengulangi prosedur untuk menghitung densitas larutan
tinta biru.
5.3.3.2 Percobaan utama
1. Merangkai alat tangki berpengaduk seperti pada gambar 5.4 menggunakan
turbin 6 daun miring 45˚
2. Mengisi tangki dengan air keran sampai tanda tera dan mengatur kecepatan
pengaduk pada 240 rpm.
3. Memasukkan 4 tetes zat warna biru kedalam tangki dan menghitung waktu
yang diperlukan mulai dari diteteskan zat warna sampai membentuk
campuran homogen. Mengulangi unrtuk posisi pengaduk off centre dan
incline.
4. Melakukan pengamatan untuk kecepatan putar pengaduk 280 rpm, 320 rpm,
dan 360 rpm.
5. Untuk mengamati pola aliran yang terjadi, memasukkan sekam padi
kedalam tangki berpengaduk pada tiap-tiap posisi: centre, off centre dan
incline, serta menggambar pola aliran tersebut pada tabel hasil pengamatan.
V-10
6. Mengulangi percobaan untuk variasi jenis pengaduk propeller.
7. Mengulangi langkah 1 – 6 untuk tangki berpengaduk dengan baffle
5.4 Hasil dan Pembahasan
5.4.1 Hasil Pengamatan
Diameter tangki = 19,2 cm
Tinggi fluida = 19,2 cm
Temperatur fluida = 29˚ C
Massa piknometer kosong = 30,8 g
Massa piknometer + 25 ml air = 55,1 g
Massa piknometer + 25 ml fluida = 55,4 g
Tabel 5.2 Data Karakteristik Impeller
KarakteristikJenis pengaduk
Turbin 6 daun miring 45˚ Propeller
Jumlah daun 6 3
Lebar daun 1,4 cm 1,2 cm
Panjang daun 2,6 cm 2,8 cm
Tabel 5.3 Hasil Pengamatan Tangki Berpengaduk tanpa Baffle
No Jenis pengadukN
(rpm)
Waktu pencampuran
Centre Off centre Incline
1Turbin 6 daun
miring 45˚
240 34 6,6 6,2
280 17 5,8 5
320 23,2 9 11,2
360 12,8 7,2 7,2
2 Propeller
240 25,1 11,8 8
280 24,8 5,2 6
320 19,8 7,6 8,8
360 27 45 6,8
V-11
Tabel 5.4 Hasil Pengamatan Tangki Berpengaduk dengan Baffle
No Jenis pengadukN
(rpm)
Waktu pencampuran
Centre Off centre Incline
1Turbin 6 daun
miring 45˚
240 9 6,6 7,2
280 4,8 4 5,8
320 8,2 7,2 9,4
360 7 7 7,4
2 Propeller
240 6,2 6,2 5,8
280 5 4,8 5,6
320 7,4 8,2 6
360 8,2 6,4 5,4
Tabel 5.5 Hasil Pengamatan Pola Aliran tanpa Baffle
No Jenis pengadukWaktu pencampuran
Centre Off centre Incline
1Turbin 6 daun
miring 45˚
2 Propeller
V-12
Tabel 5.6 Hasil Pengamatan Pola Aliran dengan Baffle
No Jenis pengadukWaktu pencampuran
Centre Off centre Incline
1Turbin 6 daun
miring 45˚
2 Propeller
V-13
5.4.2. Hasil Perhitungan
Tabel 5.7 Hasil Perhitungan Korelasi Waktu Pencampuran pada Tangki tanpa Baffle dengan Posisi Impeller CentreJenis kecepatan (N) waktu V ρ P I
NPoΜ
NRe NFr n.t ln(nt)Pengaduk (rpm) (rps) (s) (volt) kg/m³ (watt) Ampere kg/ms
Turbin miring
45˚
240 4.0000 34 220 1008 0.3324923 0.00151133 4.8 0.0081835 20180.94 0.104419 136 4.912654886280 4.6667 17 220 1008 0.5279855 0.00239993 4.8 0.0081835 23544.43 0.142126 79.3333 4.373658385320 5.3333 23.2 220 1008 0.7881299 0.00358241 4.8 0.0081835 26907.92 0.185634 123.733 4.818128712360 6.0000 12.8 220 1008 1.1221616 0.00510073 4.8 0.0081835 30271.41 0.234943 76.8 4.34120464
propeller
240 4.0000 25.1 220 1008 0.0221662 0.00010076 0.32 0.0081835 20180.94 0.104419 100.4 4.609162207280 4.6667 24.8 220 1008 0.035199 0.00016000 0.32 0.0081835 23544.43 0.142126 115.733 4.751288694320 5.3333 19.8 220 1008 0.052542 0.00023883 0.32 0.0081835 26907.92 0.185634 105.6 4.659658371360 6.0000 27 220 1008 0.0748108 0.00034005 0.32 0.0081835 30271.41 0.234943 162 5.087596335
Tabel 5.8 Hasil Perhitungan Korelasi Waktu Pencampuran pada Tangki Tanpa Baffle dengan Posisi Impeller Off CentreJenis kecepatan (N) waktu V \ρ P I
NPoΜ
NRe NFr n.t ln(nt)Pengaduk (rpm) (rps) (s) (volt) kg/m³ (watt) Ampere kg/ms
Turbin miring
45˚
240 4.0000 6.6 220 1008 0.33249232 0.00151133 4.8 0.0081835 20180.94 0.104419 26.4 3.27336401280 4.6667 5.8 220 1008 0.52798548 0.00239993 4.8 0.0081835 23544.43 0.142126 27.06667 3.298302958320 5.3333 9 220 1008 0.78812993 0.00358241 4.8 0.0081835 26907.92 0.185634 48 3.871201011360 6.0000 7.2 220 1008 1.12216157 0.00510073 4.8 0.0081835 30271.41 0.234943 43.2 3.765840495
propeller
240 4.0000 11.8 220 1008 0.02216615 0.00010076 0.32 0.0081835 20180.94 0.104419 47.2 3.854393893280 4.6667 5.2 220 1008 0.03519903 0.00016000 0.32 0.0081835 23544.43 0.142126 24.26667 3.189103667320 5.3333 7.6 220 1008 0.052542 0.00023883 0.32 0.0081835 26907.92 0.185634 40.53333 3.702124681360 6.0000 45 220 1008 0.07481077 0.00034005 0.32 0.0081835 30271.41 0.234943 270 5.598421959
Tabel 5.9 Hasil Perhitungan Korelasi Waktu Pencampuran pada Tangki Tanpa Baffle dengan Posisi Impeller InclineJenis kecepatan (N) waktu V ρ P I NPo Μ NRe NFr n.t ln(nt)
V-14
V-14
V-1
5
Pengaduk (rpm) (rps) (s) (volt) kg/m³ (watt) Ampere kg/ms
Turbin miring 45˚
240 4.0000 6.2 220 1008 0.33249232 0.00151133 4.8 0.0081835 20180.94 0.104419 24.8 3.210843653280 4.6667 5 220 1008 0.52798548 0.00239993 4.8 0.0081835 23544.43 0.142126 23.33333 3.149882953320 5.3333 11.2 220 1008 0.78812993 0.00358241 4.8 0.0081835 26907.92 0.185634 59.73333 4.089890212360 6.0000 7.2 220 1008 1.12216157 0.00510073 4.8 0.0081835 30271.41 0.234943 43.2 3.765840495
propeller
240 4.0000 8 220 1008 0.02216615 0.00010076 0.32 0.0081835 20180.94 0.104419 32 3.465735903280 4.6667 6 220 1008 0.03519903 0.00016000 0.32 0.0081835 23544.43 0.142126 28 3.33220451320 5.3333 8.8 220 1008 0.052542 0.00023883 0.32 0.0081835 26907.92 0.185634 46.93333 3.848728155360 6.0000 6.8 220 1008 0.07481077 0.00034005 0.32 0.0081835 30271.41 0.234943 40.8 3.708682081
Tabel 5.10 Hasil Perhitungan Korelasi Waktu Pencampuran pada Tangki dengan Baffle dengan Posisi Impeller CentreJenis kecepatan (N) waktu V ρ P I
NPoΜ
NRe NFr n.t ln(nt)Pengaduk (rpm) (rps) (s) (volt) kg/m³ (watt) Ampere kg/ms
Turbin miring 45
240 4.0000 9 220 1008 0.33249232 0.00151133 4.8 0.0081835 20180.94 0.104419 36 3.583518938280 4.6667 4.8 220 1008 0.52798548 0.00239993 4.8 0.0081835 23544.43 0.142126 22.4 3.109060959320 5.3333 8.2 220 1008 0.78812993 0.00358241 4.8 0.0081835 26907.92 0.185634 43.73333 3.778110588360 6.0000 7 220 1008 1.12216157 0.00510073 4.8 0.0081835 30271.41 0.234943 42 3.737669618
Propeller
240 4.0000 6.2 220 1008 0.02216615 0.00010076 0.32 0.0081835 20180.94 0.104419 24.8 3.210843653280 4.6667 5 220 1008 0.03519903 0.00016000 0.32 0.0081835 23544.43 0.142126 23.33333 3.149882953320 5.3333 7.4 220 1008 0.052542 0.00023883 0.32 0.0081835 26907.92 0.185634 39.46667 3.675456434360 6.0000 8.2 220 1008 0.07481077 0.00034005 0.32 0.0081835 30271.41 0.234943 49.2 3.895893623
Tabel 5.11 Hasil Perhitungan Korelasi Waktu Pencampuran pada Tangki dengan Baffle dengan Posisi Impeller Off CentreJenis kecepatan (N) waktu V ρ P I NPo Μ NRe NFr n.t ln(nt)
V-15
V-16
Pengaduk (rpm) (rps) (s) (volt) kg/m³ (watt) Ampere kg/ms
Turbin miring
45
240 4.0000 6.6 220 1008 0.33249232 0.00151133 4.8 0.0081835 20180.94 0.104419 26.4 3.27336401280 4.6667 4 220 1008 0.52798548 0.00239993 4.8 0.0081835 23544.43 0.142126 18.66667 2.926739402320 5.3333 7.2 220 1008 0.78812993 0.00358241 4.8 0.0081835 26907.92 0.185634 38.4 3.64805746360 6.0000 7 220 1008 1.12216157 0.00510073 4.8 0.0081835 30271.41 0.234943 42 3.737669618
propeller
240 4.0000 6.2 220 1008 0.02216615 0.00010076 0.32 0.0081835 20180.94 0.104419 24.8 3.210843653280 4.6667 4.8 220 1008 0.03519903 0.00016000 0.32 0.0081835 23544.43 0.142126 22.4 3.109060959320 5.3333 8.2 220 1008 0.052542 0.00023883 0.32 0.0081835 26907.92 0.185634 43.73333 3.778110588360 6.0000 6.4 220 1008 0.07481077 0.00034005 0.32 0.0081835 30271.41 0.234943 38.4 3.64805746
Tabel 5.12 Hasil Perhitungan Korelasi Waktu Pencampuran pada Tangki dengan Baffle dengan Posisi Impeller InclineJenis kecepatan (N) waktu V ρ P I
NPoμ
NRe NFr n.t ln(nt)Pengaduk (rpm) (rps) (s) (volt) kg/m³ (watt) Ampere kg/ms
Turbin miring
45
240 4.0000 7.2 220 1008 0.33249232 0.00151133 4.8 0.0081835 20180.94 0.104419 28.8 3.360375387280 4.6667 5.8 220 1008 0.52798548 0.00239993 4.8 0.0081835 23544.43 0.142126 27.06667 3.298302958320 5.3333 9.4 220 1008 0.78812993 0.00358241 4.8 0.0081835 26907.92 0.185634 50.13333 3.914686123360 6.0000 7.4 220 1008 1.12216157 0.00510073 4.8 0.0081835 30271.41 0.234943 44.4 3.793239469
propeller
240 4.0000 5.8 220 1008 0.02216615 0.00010076 0.32 0.0081835 20180.94 0.104419 23.2 3.144152279280 4.6667 5.6 220 1008 0.03519903 0.00016000 0.32 0.0081835 23544.43 0.142126 26.13333 3.263211639320 5.3333 6 220 1008 0.052542 0.00023883 0.32 0.0081835 26907.92 0.185634 32 3.465735903360 6.0000 5.4 220 1008 0.07481077 0.00034005 0.32 0.0081835 30271.41 0.234943 32.4 3.478158423
Jenis Impeller
X1 X2 Y X12 X22 X1 x X2 Y x X1 X2 x YA m n Y Yi s = (Y-Yi)2
Ln NRe Ln NFr Ln NPo Ln NRe2 Ln NFr2
Ln NRe x Ln NFr
Ln Npo x Ln Nre
Ln NFr x Ln Npo
turbin miring
45
40.497273 -7.34278 6.2744637 410.098733 13.8449 -74.15775915 63.52466752 -11.51800328 2682.248 27159.63 2367.0382 1.568616 266553.995 71050196260
40.497273 -7.34278 6.2744637 410.098733 13.8449 -74.15775915 63.52466752 -11.51800328 2682.248 27159.63 2367.0382 1.568616 271470.433 73695344096
V-16
40.497273 -7.34278 6.2744637 410.098733 13.8449 -74.15775915 63.52466752 -11.51800328 2682.248 27159.63 2367.0382 1.568616 275729.244 76025751028
40.497273 -7.34278 6.2744637 410.098733 13.8449 -74.15775915 63.52466752 -11.51800328 2682.248 27159.63 2367.0382 1.568616 279485.782 78111425586
propeller
40.497273 -7.34278 -4.557737 410.098733 13.7695 -73.93681162 -46.14398157 8.366616497 -19560.42 -19839.55 -1720.035 -1.139434 -212333.706 45085118730
40.497273 -7.34278 -4.557737 410.098733 13.7695 -73.93681162 -46.14398157 8.366616497 -19560.42 -19839.55 -1720.035 -1.139434 -215922.275 46621936932
40.497273 -7.34278 -4.557737 410.098733 13.7695 -73.93681162 -46.14398157 8.366616497 -19560.42 -19839.55 -1720.035 -1.139434 -219030.836 47974007844
40.497273 -7.34278 -4.557737 410.098733 13.7695 -73.93681162 -46.14398157 8.366616497 -19560.42 -19839.55 -1720.035 -1.139434 -221772.78 49182660669
Tabel 5.13 Hasil Perhitungan Penentuan Korelasi Empiris Kebutuhabn Daya Pengadukan
V-17V
-17
5.4.3. Pembahasan
Pada percobaan ini bertujuan untuk mengetahui dan mempelajari seberapa
baik penggunaan variasi jenis pengaduk/impeller yang digunakan dalam
mencampurkan cairan hingga homogen yang disertai dengan pola aliran yang
terbentuk. Sebelum melakukan percobaan, dilakukan pengukuran densitas fluida
yang merupakan campuran antara air dan tinta biru dengan menggunakan
piknometer. Dari hasil perhitungan diperoleh densitas fluida campuran pada suhu
29˚C adalah sebesar 1,008 g/cm³, sementara untuk densitas aqua pada suhu 29˚C
adalah sebesar 0,99596 g/cm³. Densitas fluida campuran lebih besar dibandingkan
fluida air, karena pada fluida campuran terdapat zat warna biru (tinta biru) yang
memberikan massa yang lebih besar yang menyebabkan densitas fluida campuran
lebih besar. Selain densitas dilakukan juga pengukuran untuk viskositas. Dari hasl
perhitungan dengan pendekatan nilai viskositas air dipeoleh viskositas fluida
campuran sebesar 0,81835 cp.
Dalam percobaan ini proses pencampuran dilakukan dalam suatu tangki
berpngaduk. Dimensi tangki perlu diperhatikan untuk mengetahui hubungan dan
pengaruhnya terhadap sistem pencampuran dan pengadukan. Tangki yang digunakan
berbentuk silindris yang alasnya berbentuk flat atau datar dengan diameter 19,2 cm
dan tinggi fluida dalam tangki adalah 19,2 cm. Adapun jenis pengaduk yang
digunakan dalam percobaan ini adalah 2 variasi pengaduk yaitu turbin 6 daun miring
45˚ dan propeller. Dimensi dari kedua pengaduk adalah sama yaitu diameter
pengaduk 6,4 cm ; lebar daun 1,28 cm ; panjang daun 1,6 cm dan pengaduk memiliki
ketinggian dari dasar tangki setinggi 6,4 cm.
Dari hasil percobaan dan perhitungan dapat dijelaskan beberapa hal
diantaranya yakni hubungan kecepatan pengaduk (N) dengan mixing time/waktu
pecampuran (t) , hubungan kecepatan pengaduk (N) dengan daya (P), nilai reynold’s
number dan daerah simulasi serta pola aliran yang terjadi dari masing-masing
pengaduk dengan variasi penggunaan baffle dan non baffle, posisi impeller yakni
centre, off centre dan juga incline. Variasi kecepatan pengaduk yang digunakan ada 4
variasi yakni kecepatan 240, 280, 320 dan 380 rpm.
V-18
5.4.3.1 Hubungan Kecepatan Pengaduk Dengan Waktu Pencampuran
Pencampuran antara zat warna biru (dalam percobaan ini 4 tetes) kedalam air
kedalam tangki berpengaduk dengan posisi atau letak yang berbeda menghasilkan
grafik hubungan antara kecepatan putar pengaduk terhadap waktu, yang ditunjukkan
pada gambar 5.6 dan gambar 5.7.
Gambar 5.6 Hubungan Kecepatan Pengaduk terhadap Mixing Time pada Turbin 6 Daun Miring 45˚
Berdasarkan gambar 5.6 dapat dijelaskan hubungan kecepatan pengaduk
danmixing time adalah fluktuatif (naik-tirun). Dari hasil percobaan dan grafik diatas
dapat diketahui bahwa turbin 6 daun miring 45˚ posisi off centre dengan variasi
baffle memiliki waktu tersingkat untuk mencapai kondisi homogen. Waktu yang
paling cepat adalah 4 s pada kecepatan pengaduk 280 rpm (4,66 rps), sedangkan
untuk waktu pencampuran yang paling lama adalah turbin 6 daun miring 45˚dengan
posisi centre tanpa menggunakan baffle. Waktu paling lama adalah 34 s pada
kecepatan 240 rpm (4 rps). Secara umum, waktu pencampuran paling singkat untuk
turbin 6 daun miring 45˚ adalah dengan variasi menggunakan baffle pada berbagai
posisi baik posisi centre, off centre maupun incline. Secara teori, semakin besar
pengaduk maka semakin kecil waktu pencampuran hal ini disebabkan semakin besar
kecepatan maka energi kinetik dalam campuran semakin besar yang menyebabkan
kontak antar fluida air dengan zat warna biru. Namun, dari grafik ada
V-19
ketidaksesuaian,diman nilainya fluktuatif. Hal ini dapat disebabakan ketidaktelitian
dalam pengamatan pencampuran dalam menentukan apakah suatu campuran sudah
homogen atau tidak.
Gambar 5.7 Hubungan Kecepatan Pengaduk terhadap Mixing Time pada Propeller
Berdasarkan gambar 6.7 dapat dijelaskan secara umum hubungan kecepatan
pengaaduk terhadap waktu pencampuran adalah fluktuatif (naik-turun). Berdasarkan
teori seharusnya kecepatan pengaduk itu berbanding dangan kecepatan pencampuran,
artinya semakin besar kecepatan pengaduk maka semakin kecil waktu pencampuran.
Dari hasil percobaan atau grafik diatas, waktu pencampuran paling singkat adalah
dengan menggunakan pengaduk propeller posisi off centre variasi baffle adalah 4,8 s
dengan kecepatan 280 rpm. Sementara waktu pencampuran yang paling lama juga
dicapai propeller pada posisi off centre namun tanpa menggunakan baffle dan pada
kecepatan 360 rpm atau 6 rps dengan waktu 45 s. Secara umum waktu paling singkat
dicapai oleh pengaduk propeller dengan variasi menggunakan baffle pada berbagai
possisi. Namun secara umum, yang paling singkat dicapai dengan posis incline.
Posisi incline dengan variasi baffle mencapai waktu pencampuran yang singkat
secara umum karena posisi pengaduk dengan kemiringan 45˚ sehingga dapat
mencampurkan fluida secara merata cepat kesegala arah.
V-20
Berdasarkan gambar 5.6 dan 5.7 dapat diketahui bahwa hubungan antara
kecepatan pengaduk dan mixing time bernilai fluktuatif padahal secara teori
seharusnya antara kecepatan pengaduk dan mixing time memiliki hubungan
berbanding terbalik. Hal tersebut dapat disebabkan karena ketidak telitian dalam
pengamatan pencampuran apakah pancampuran sudah mencapai kondisi yang
homogen atau belum. Baik pengaduk jenis turbin 6 daun miring 45˚ ataupun
propeller. Baik pengaduk jenis turbin 6 daun miring 45˚ ataupun propeller, secara
umum posisi centre untuk pengadukan memerlukan waktu yang paling lama dalam
mencapai kondisi homogen. Hal ini terjadi karena pada posisi pengaduk yang berada
ditengah atau dipusat arus tangensial itu mengikuti suatu lintasan dan menimbulkan
vortex pada permukaan zat cair tanpa adanya aliran longitudinal yang bekerja pada
arah paralel dengan poros, sehingga cairan biru yang dicampurkan memerlukan
waktu yang lama agar bercampur dengan seluruhnya. Sementara itu, secara umum
dari kedua pengaduk tersebut waktu pencampuran paling singkat dicapai pada posisi
pengaduk off centre dan incline. Kedua posisi ini dari hasil percobaan mencapai
waktu pencampuran yang singkat. Namun antara posisi off centre dan incline secara
teori yang paling singkat waktu untuk mencapai kondisi homogen , seharusnya
adalah pada posisi incline, namun pada saat tertentu posisi off centre juga mencapai
waktu yang paling singkat. Ketidasesuaian ini disebabkan ketidaktelitian dalam
pengamatan campuran dalam mencapai kondisi homogen sehingga berpengaruh
terhadap pengukuran waktu pencampuran. Dari kedua jenis pengaduk dapat
diketahui bahwa pengaduk turbin 6 daun miring 45˚ kerjanya lebih efektif karena
dengan menggunakan turbin 6 daun miring 45˚ baik mengunakan baffle ataupun
tidak saat mencapai waktu yang paling singkat dalam pencampuran. Dengan
menggunakan baffle, waktu paling cepat dicapai turbin 6 daun miring 45˚ dengan
waktu 5 s. Dengan non baffle waktu paling cepat juga dicapai turbin 6 daun miring
45˚ dengan waktu 4 s. Dengan mengunakan beffle, waktu paling singkat pada posisi
off centre sedangkan non baffle pada posisi incline.
V-21
5.4.3.2 Hubungan Kecepatan Pengaduk dengan Power (daya)
Dari percobaan yang dilakukan dan hasil perhitungan dqapat dibuat grafik
hubungan kecepatan pengaduk dengan daya untuk variasi pengaduk turbin 6 daun
miring 45˚ dan propeller.
Gambar 5.8 Hubungan Power Terhadap Kecepatan Pengaduk
Dari gambar 5.8 dapat dijelaskan bahwa semakin besar daya yang digunakan
maka semakin besar pula kecepatan pengaduk. Artinya daya berbanding lurus dengan
kecepatan pengaduk. Dari gambar 5.8 diatas dapat diketahui bahwa pengaduk turbin
6 daun miring 45˚ memiliki daya yang lebih besar jika dibandingkan dengan
propeller. Daya yang paling besar adalah pada pengaduk turbin 6 daun miring 45˚
yakni 1,1222 watt pada kecepatan 6 rps. Sementara daya yang paling kecil dihasilkan
oleh pengaduk propeller yakni 0,00222 watt pada kecepatan 4 rps. Semakin cepat
putaran pengaduk maka proses pencampuran akan semakin cepat pula. Hal ini
sebanding dengan daya yang dikeluarkan yaitu semakin besar. Kebutuhan daya
pengaduk dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya jarak pengaduk dari dasar
tangki, ada tidaknya baffle serta jumlah daun pengaduk.
V-22
Gambar 5.9 Hubungan antara Nre dengan Npo
Dari gambar 5.9 dapat dijelaskan bahwa nilai number power (Npo) untuk
turbin 6 daun miring 45˚ lebih besar dibanding Npo pada propeller. Npo untuk
turbin 6 daun miring 45˚ adalah sebesar 0,32. Hal ini yang menyatakan bahwa Npo
propeller lebih kecil dari Npo turbin 6 daun miring 45˚. Reynold’s number semakin
besar dengan semakin cepatnya kecepatan pengaduk.
Besarnya nilai reynold number dipengaruhi oleh kecepatan aliran, dimana
semakin besar kecepatan aliran maka semakin besar pula reynold number. Dari hasil
perhitungan terlihat bahwa reynold number lebih dari 10.000, hal ini menunjukkan
bahwa terjadi aliran turbulen yang ditimbulkan oleh vortex pada pengaduk.
Dari percobaan ini dan dari hasil perhitungan diperoleh suatu hubungan
antara besarnya reynold’s number (dalam ln) dengan area turbulansi (dalam ln) untuk
masing- masing jenis pengaduk.
V-23
Gambar 5.10 Hubungan Ln Nre terhadap Ln (n.t) pada Turbin 6 Daun Miring 45˚
Berdasarkan gambar 5.10 menunjukkan bahwa hampir semua posisi baik
dengan variasi baffle dan non baffle, hubungan antara ln Nre dan ln (n.t) besarnya
adalah fluktuatif (naik-turun). Secara teori semakin besar ln Nre maka semakin kecil
ln (n.t) artinya semakin besar turbulansi yang dihasilkan maka waktu pencampuran
akan semakin cepat. Ketidaksesuaian ini dapat disebabkan karena ketidaktelitian
dalam pengamatan dan pengukuran waktu pencampuran karena tidak stabilnya aliran
dan dispersi cairan warna biru yang berpengaruh terhadap pengamatan. Dari gambar
5.10 dapat diketahui bahwa korelasi pencampuran terkecil pada posisi off centre
dengan variasi baffle dengan nilai 2,926739. Sedangkan korelasi pencampuran
terbesar berada pada posisi centre dengan baffle dengan nilai 4,912655. Ini untuk
pengaduk turbin 6 daun miring 45˚.
V-24
Gambar 5.11 Hubungan Ln Nre terhadap Ln (n.t) pada Propeller
Berdasarkan gambar 5.11 untuk jenis pengaduk propeller, hubungan antara ln
Nre dan ln (n.t), semakin besar nilai ln Nre, nilai ln (n.t) nilainya tidak jauh berubah
artinya hampir konstan nilainya. Padahal secara teori seharusnya semakin besar ln
Nre semakin kecil ln (n.t). Ketidaksesuaian ini disebabkan karena ketidaktelitian
ketika pengamatan terhadap waktu pencampuran. Dari hasil perhitungan korelasi
pencampuran terbesar berada pada posisi off centre dengan variasi non baffle sebesar
5,598422. Sedangkan korelasi pencampuran terkecil berada pada posisi off centre
dengan variasi baffle sebesar 3,109061.
V-25
5.4.3.3 Pola Aliran
Berdasarkan hasil percobaan dapat digambarkansuatu pola aliran yang
dihasilkan oleh masing – masing pengaduk.
(a) (b) (c)
Gambar 5.12 Pola Aliran dalam Tangki Berpengaduk Turbin 6 Daun Miring 45° Non-Baffle: (a) Center (b) Off-Center (c) Incline
Berdasarkan gambar 5.12 yang menggunakan pengaduk turbin 6 daun miring
45˚ tanpa dilengkapi baffle akan menghasilkan pola aliran tangensial, dimana pada
pola aliran ini akan menimbulkan arus putar dan vortex. Pengaduk jenis ini
menimbulkan arus yang berlangsung diseluruh tangki untuk menjangkau jenis
campuran yang viskositasnya cukup besar. Posisi terbaik dalam melakukan
pencampuran untuk waktu pencampuran yang singkat adalah posisi incline. Hal ini
disebabkan pada posisi incline terbentuk pola aliran yang menyebar membentuk
turbulensi yang mempercepat dispersi atau pencampuran untuk mendapatkan kondisi
homogen.
(a) (b) (c)
Gambar 5.13 Pola Aliran untuk Pengaduk Turbin 6 Daun Miring 45° yang Dilengkapi Baffle : (a) Center (b) Off-Center (c) Incline
V-26
Berdasarkan gambar 5.13 untuk pengaduk turbin 6 daun miring 45˚
menghasilkan pola aliran aksial yang kuat. Penggunaan baffle disini sebagai
penyangga yang menyebabkan pola aliran terbentuk lebih terbatas karena adanya
baffle, sehingga dengan adanya baffle menyebabkan waktu pencampuran semakin
singkat. Posisi incline meghasilkan turbulensi yang besar karena pengaduk dimiring
45˚ yang menyebabkan pola arus aksial yang kuat.
(a) (b) (c)
Gambar 5.14. Pola Aliran dalam Tangki Berpengaduk Propeller Non-Baffle: (a) Center (b) Off-Center (c) Incline
Berdasarkan Gambar 5.14 untuk pengaduk propeller menghasilkan pola
aliran aksial yang juga disertai dengan terbentuknya vortex. Pada jenis pengaduk ini
cairan dipindahkan secara longitudinal, dimana pola aliran ini menyebabkan
campuran bergeser dengan kondisi gaya geser yang bervariasi yaitu dengan posisi
centre, off centre dan incline. Pada posisi incline, turbulensi yang dihasilkan besar
sehingga pola aliran berputar dengan cepat hamper keseluruh bagian cairan.
V-27
(a) (b) (c)
Gambar 5.15 Pola Aliran dalam Tangki Berpengaduk Propeller yang Dilengkapi
Baffle: (a) Center (b) Off-Center (c) Incline
Berdasarkan Gambar 5.15 menunjukkan pola aliran yang terbentuk adalah
aksial. Pada pola aliran ini fluida mengalir dari bawah menuju kepermukaan cairan
pada tangki. Namun, karena adanya baffle menyebabkan aliran turbulensi yang
terbentuk menjadi semakin kecil karena terhambat sehingga tercampurnya antara
cairan warna biru dan air menjadi semakin cepat jika dibandingkan dengan tanpa
baffle. Propeller merupakan impeller aliran aksial berkecepatan tinggi untuk zat cair
berviskositas rendah.
V-28
5.5 Penutup
5.5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diperoleh dari hasil percobaan ini yaitu:
1. Operasi pengadukan, semakin lama pengadukan, semakin homogen
campuran yang didapatkan.
2. Faktor – faktor yang mempengaruhi efektifitas pada pencampuran
adalah kecepatan pengaduk, jenis pengaduk, ada tidaknya baffle, letak tangki,
temperatur dan viskositas.
3. Kecepatan pengaduk berbanding lurus dengan power (daya) dengan
daya terkecil pada pengaduk propeller dan yang lebih besar pada turbin 6 daun
miring 45˚.
5.5.2. Saran
Sebaiknya lebih cermat dalam pengamatan pencampuran yang telah homogen
agar diperoleh mixing time yang akurat.
V-29