PENGARUH JENIS, BENTUK, DAN PANJANG BATANG DALAM …

PENGARUH JENIS, BENTUK, DAN PANJANG

BATANG DALAM PENENTUAN WAKTU PEMISAHAN

TERBAIK DAN DISTRIBUSI UKURAN GELEMBUNG

GLISEROL DALAM BIODIESEL DENGAN METODE

PENGAPUNGAN BATANG

SKRIPSI

OLEH

INDRAJAYA BANJAR NAHOR

140405047

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

AGUSTUS 2020

Universitas Sumatera Utara

PENGARUH JENIS, BENTUK, DAN PANJANG

BATANG DALAM PENENTUAN WAKTU PEMISAHAN

TERBAIK DAN DISTRIBUSI UKURAN GELEMBUNG

GLISEROL DALAM BIODIESEL DENGAN METODE

PENGAPUNGAN BATANG

SKRIPSI

Oleh

INDRAJAYA BANJAR NAHOR

140405047

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

AGUSTUS 2020


i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :

PENGARUH JENIS, BENTUK, DAN PANJANG BATANG DALAM

PENENTUAN WAKTU PEMISAHAN TERBAIK DAN DISTRIBUSI

UKURAN GELEMBUNG GLISEROL DALAM BIODIESEL DENGAN

METODE PENGAPUNGAN BATANG

yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada

Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini

adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan

sebelumnya.

Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini

bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi

sesuai dengan aturan yang berlaku.

Medan, Agustus 2020

Indrajaya Banjar Nahor

NIM. 140405047


ii

PENGESAHAN SKRIPSI

Skripsi dengan judul:

PENGARUH JENIS, BENTUK, DAN PANJANG BATANG DALAM

PENENTUAN WAKTU PEMISAHAN TERBAIK DAN DISTRIBUSI

UKURAN GELEMBUNG GLISEROL DALAM BIODIESEL DENGAN

METODE PENGAPUNGAN BATANG

dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen

Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah

diujikan pada sidang ujian skripsi tanggal 26 Agustus 2020 dan dinyatakan

memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas

Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Medan, September 2020

Ketua Departemen Teknik Kimia


Koordinator Skripsi

Maya Sarah, S.T., M.T., Ph.D., IPM NIP. 19700501 200012 2 001

Ir. Bambang Trisakti, M.T.

NIP. 19660925 199103 1 003


iii

LEMBAR PERSETUJUAN

Tim Penguji menyetujui perbaikan skripsi:

Nama : Indrajaya Banjar Nahor

NIM : 140405047

Judul : Pengaruh Jenis, Bentuk, Dan Panjang Batang Dalam Penentuan Waktu

Pemisahan Terbaik Dan Distribusi Ukuran Gelembung Gliserol Dalam

Biodiesel Dengan Metode Pengapungan Batang

yang telah diperbaiki sesuai saran dari Tim Penguji.

Dosen Pembimbing

Dr. Eng. Rondang Tambun, ST., MT.

……………………………………..

NIP. 19720412 200012 1 004

Dosen Penguji I

Dr. Ir. Iriany, M.Si.

……………………………………..

NIP. 19640613 199003 2 001

Dosen Penguji II

Ir. Bambang Trisakti, M.T.

……………………………………..

NIP. 19660925 199103 1 003


iv

PRAKATA

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan karunia-Nya sehingga

penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul

“Pengaruh Jenis, Bentuk, Dan Panjang Batang Dalam Penentuan Waktu Pemisahan

Terbaik Dan Distribusi Ukuran Gelembung Gliserol Dalam Biodiesel Dengan

Metode Pengapungan Batang”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di

Laboratorium Proses Industri Kimia Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk

mendapatkan gelar sarjana teknik.

Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Dr. Eng. Rondang Tambun, M.T., selaku Dosen Pembimbing yang telah

banyak memberikan ilmu, arahan dan dana selama pelaksanaan penelitian ini

serta banyak memberikan bimbingan dalam penulisan skripsi ini.

2. Ibu Dr.Ir. Iriany, M.Si., selaku Dosen Penguji I yang telah banyak memberikan

kritik dan saran yang mambangun dalam penyelesaian skripsi ini.

3. Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.T., selaku Dosen Penguji II yang telah banyak

memberikan kritik dan saran yang mambangun dalam penyelesaian skripsi ini

serta selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara.

4. Ibu Maya Sarah, S.T., M.T., Ph.D., IPM selaku Ketua Departemen Teknik

Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik

Kimia yang telah memberikan banyak ilmu yang berharga dan bantuan kepada

penulis selama menjalankan perkuliahan.

6. Orang terkasih yaitu orang tua tercinta Pandapotan Banjar Nahor dan Romla

Situmorang, Adik-adikku Anitaria Banjar Nahor, Agusmartogi Banjar Nahor,

Juliana Elsa Fitri Banjar Nahor, dan Kasih Helmy Kartika Banjar Nahor , dan

seluruh keluarga Oppung Paskaria Banjar Nahor dan Oppung Desmon

Situmorang yang telah memberikan dukungan doa dan semangat.


v

7. Partner penelitian Albert Novian Silaen yang selama ini bekerja sama, bertukar

pikiran, dan berjuang bersama dalam penelitian dan penyelesaian skripsi demi

meraih gelar sarjana teknik bersama-sama.

8. Teman-teman seperjuangan Keluarga Mahasiswa Kristen angkatan 2014 Teknik

Kimia USU Albert Silean, Andry Sianturi, Boy Andika Sinaga, Clara Natalia,

Dinar Rajagukguk , Elizabeth C, Febri Tuahman Saragih, Fransiska Adventi

Simbolon, Herianto Silalahi, Immanuel Putra Riau, Hutagaol, Jesica Mentari,

Joas Friztalexius Sidauruk, Karla Betmi, Lina Br. Simanjuntak, Lies Widya

Naibaho, Meirany Sianturi, , Michael Dillo Ginting, Monica Nathalia Sihaloho,

Regy A Putra Ginting, Sasro Arif Purba, Shelly, Sicilya Ruth Yudhika Surya

Dana Sembiring, Samuel Oktavianus Purba, Warren Kristoper Sinaga dan Yessi

Pakpahan yang banyak memberikan semangat, dukungan dan bantuan selama

penelitian dan penyelesaian skripsi ini.

9. Rekan-rekan 2014 Teknik Kimia yang banyak memberikan semangat, dukungan

dan bantuan selama penelitian dan penyelesaian skripsi ini.

10. Adik-adik angkatan 2016 hingga angkatan 2017 serta Sahabat dan Kekasih Eflin

Nila Malau yang banyak memberikan semangat, dukungan dan bantuan selama

penelitian dan penyelesaian skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna untuk itu

adanya kritik serta saran yang membangun sangat diperlukan untuk penyempurnaan

skripsi ini. Akhirnya penulis berharap semoga skripsi ini ada manfaatnya bagi

penulis dan para pembaca.

Medan, September 2020

Penulis

Indrajaya Banjar Nahor


vi

DEDIKASI

Tugas Akhir ini saya persembahkan kepada Allah Tritunggal Maha Kudus, Yesus

Kristus dan Bunda Maria yang selalu bersama saya mulai dari saya lahir ke dunia ini.

Untuk Ayah tersayang Pandapotan Banjar Nahor yang selalu mendoakan,

membimbing, mengarahkan dan memberikan kasih sayang kepada anakmu ini untuk

menjadi manusia yang berguna bagi Tuhan, keluarga dan masyarakat. Untuk Ibuku

tersayang Romla Situmorang, ibu terima kasih telah melahirkan anakmu ini,

memberikan kasih sayang dan selalu mendoakan perjuangan anakmu ini. Untuk

Adik-adikku Anitaria Banjar Nahor, Agusmartogi Banjar Nahor, Juliana Elsa Fitri

Banjar Nahor, dan Kasih Helmy Kartika Banjar Nahor yang telah memberikan doa,

motivasi, dan dukungan. Untuk guru-guru yang telah mendidik saya dari TK, SD,

SMP, SMA, dan Kuliah yang telah memberikan banyak ilmu dan motivasi dalam

pendidikan yang telah saya tempuh.


vii

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama: Indrajaya Banjar Nahor

NIM: 140405047

Tempat/Tanggal Lahir: Negeri Lama, 25 Juni 1995

Nama Orangtua: Pandapotan Banjar Nahor dan Romla

Situmorang

Alamat Orangtua:

Jl. Sei Plancang, Kecamatan Panai Tengah, Labuhan Batu,

Sumatera Utara.

Asal Sekolah:

SD Negeri 114373 , Tahun 2002 – 2008

SMP Negeri 3 Bilah Hilir, Tahun 2008 - 2011

SMA Swasta Raksana Medan, Tahun 2011 – 2014

Pengalaman Organisasi/Kerja:

1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU

2. Gerakan Mahasiswa Kristen Indonesia (GMKI) Fakultas Teknik USU

3. Kerja Praktek di PTPN II Pabrik gula Kwala Madu. Stabat, tahun 2018.

4. Panitia Natal Teknik Kimia USU tahun 2017 sebagai Koordinator Humas.

Artikel yang dipublikasikan dalam Jurnal/Pertemuan Ilmiah:

1. The capability of buoyancy weighing bar method in determining the separation time of biodiesel and glycerol at various concentrations.

2. Effect of type and shape of rods in separation time determining of glycerol in

biodiesel by the buoyancy weighing bar method.

3. Effect of lenght, shape, and type of rod on the buoyancy weighing-bar method in

detecting the separation time of kerosene and water.


viii

ABSTRAK

Buoyancy Weighing-Bar Method adalah metode yang menggunakan peralatan

sederhana dengan keakuratan yang tinggi dalam menentukan waktu pemisahan dan

mengukur distribusi ukuran partikel yang mengendap maupun yang mengapung pada

dua fasa yang tidak saling bercampur. Metode ini juga sudah diaplikasikan untuk

mengukur distribusi ukuran gelembung (DSD) untuk cairan yang berbeda densitas.

Menentukan waktu pemisahan dan DSD yaitu dengan menggunakan sebuah batang

yang digantung pada suspensi, Sampel yang akan diuji adalah gliserol dan biodiesel

(metil ester) yang dilakukan dengan memanfaatkan perbedaan densitas. Teknik dari

metode ini adalah perubahan massa sebuah batang yang digantung pada emulsi

seiring berjalannya waktu dikarenakan adanya perpindahan massa gelembung

berdasarkan perbedaan densitas. Penelitian ini bertujuan menginvestigasi jenis,

bentuk, dan panjang batang dalam penentuan waktu pemisahan antara gliserol dan

biodiesel, serta distribusi ukuran gelembung gliserol dalam biodiesel pada

konsentrasi 99% biodiesel : 1% gliserol. Pada penelitian ini variasi yang digunakan

adalah variasi jenis batang yaitu aluminium, tembaga, perunggu dan besi; variasi

bentuk batang yaitu silinder, segi empat, dan sheet; variasi panjang batang yaitu 210

mm, 160 mm, 110 mm dan 60 mm, variasi diameter batang yaitu 15 mm, 10 mm, 5

mm, serta variasi konsentrasi yaitu 1% : 99% ; 2% : 98% ; 3% : 97% ; 4% : 96%.

Berdasarkan data yang diperoleh, waktu pemisahan gliserol-biodiesel dapat

ditentukan dengan metode pengapungan batang. Jenis batang yang paling akurat

dalam menentukan waktu pemisahan antara gliserol dan biodiesel pada konsentrasi

99% biodiesel : 1% gliserol adalah berjenis perunggu berbentuk silinder dengan

panjang 210 mm. Kemurnian dari pemisahan ini diuji dengan menggunakan Gas

Chromathography. Kemurnian biodesel pada perbandingan konsentrasi 99%

biodiesel : 1% gliserol yang diperoleh pada detik ke-200 sebesar 98.1265%; dan pada

detik ke-700 sebesar 99.2271%; perbandingan konsentrasi 98% biodiesel : 2%

gliserol yang diperoleh pada detik ke-200 sebesar 98.6815%; perbandingan

konsentrasi 97% biodiesel : 3% gliserol yang diperoleh pada detik ke-200 sebesar

98.6705%; dan perbandingan konsentrasi 96% biodiesel : 4% gliserol yang diperoleh

pada detik ke-200 sebesar 98.3678%. Distribusi ukuran gelembung dihitung dengan

menggunakan metode Stokes, metode Allen dan metode Newton. Hasil yang

diperoleh dibandingkan dengan metode Coulter Counter. Berdasarkan hasil yang

diperoleh, distribusi ukuran gelembung dengan metode Newton sebanding dengan

metode Coulter Counter.

Kata kunci: buoyancy weighing bar, distribusi ukuran gelembung, gliserol,

biodiesel.


ix

ABSTRACT

Buoyancy Weighing-Bar Method is a method that uses plain equipment and

high accuracy to determine separation time and size distribution of settled and

floated particle in two unmixed phases. This method has been applied to determine

drop size distribution (DSD) for liquids with density disparity. To determine the

separation time and drop size distribution of suspension with a weighing bar. The

samples are glycerol and biodiesel (methyl ester) that will be determined with

density difference. Technique of the method is a mass changing of weighing-bar with

the time in emulsion because of mass transfer of droplet with density difference. This

research is aimed investigating type, form and bar length in separation time

determination between glycerol and methyl ester, also drop size distribution in 99%

methyl ester : 1% glycerol concentration. The variation are type of bar such as

aluminum, copper, bronze and iron; form of bar variation such as cylinder,

rectangular, and sheet; length of bar variation such as 210 mm, 160 mm, 110 mm and

60 mm; diameter of bar such as 15 mm, 10 mm, 5 mm; also variation of

concentration such as 1% : 99% ; 2% : 98% ; 3% : 97% ; 4% : 96%. According to the

obtained data, separation time of glycerol-methyl ester could be determined by

weighing-bar method. The most accurate type of bar in determining of glycerol-

methyl ester time separation in 99% methyl ester : 1% glycerol is cylinder bronze

bar with 210 mm length. Purity of separation was tested with Gas Chromatography.

The purity of methyl ester is 98.1265% in 99% methyl ester : 1% glycerol obtained

at second of 200, and 99.2271% at second of 700; 98.6815% purity in 98% methyl

ester : 2% glycerol at second of 200; 98.6705% purity in 97% methyl ester : 3%

glycerol at second of 200; and 98.3678% purity in 96% methyl ester : 4% glycerol at

second of 200. Drop size distribution is calculated with Stokes, Allen and Newton

methods. The results are compared to Coulter Counter method. The obtained result

of drop size distribution of Newton method is comparable to Coulter Counter

method.

Keyword: buoyancy weighing-bar, drop size distribution, glycerol, biodiesel.


x

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN SKRIPSI ii

LEMBAR PERSETUJUAN iii

PRAKATA iv

DEDIKASI vi

RIWAYAT HIDUP PENULIS vii

ABSTRAK viii

ABSTRACT ix

DAFTAR ISI x

DAFTAR GAMBAR xii

DAFTAR TABEL xiv

DAFTAR LAMPIRAN xv

DAFTAR SINGKATAN xvi

DAFTAR SIMBOL xvii

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Perumusan Masalah 2

1.3 Tujuan Penelitian 2

1.4 Manfaat Penelitian 2

1.5 Ruang Lingkup Penelitian 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 4

2.1 Prinsip Metode Pengapungan Batang 4

2.2 Penelitian Yang Pernah Dilakukan 8

2.3 Metode Pengukuran Distribusi Ukuran

Gelembung (DSD) 10

2.3.1 Laser Diffraction 10

2.3.2 Electrical Pulse Counting(Coulter Counter) 11

2.3.3 Mikroskop 12

2.3.4 Nuclear Magnetic Resonance (NMR) 12


xi

2.4 Emulsi Cair-Cair 13

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 14

3.1 Bahan Yang Digunakan 14

3.2 Peralatan Yang Digunakan 14

3.3 Rancangan Penelitian 15

3.4 Flowchart Penelitian 18

3.4.1 Pengaruh Panjang Batang 18

3.4.2 Pengaruh Bentuk Batang 19

3.4.3 Pengaruh Jenis Batang 20

3.4.4 Pengaruh Diameter Batang 21

BAB IV PEMBAHASAN 22

4.1 Aplikasi Metode Pengapungan Batang

Terhadap waktu Pemisahan Dengan Pengaruh

Jenis, Bentuk, Dan Panjang Batang 22




4.1.3 Pengaruh Diameter Batang 28

4.1.3 Pengaruh Konsentrasi Cairan 30

4.2 Aplikasi Metode Pengapungan Batang

Terhadap Estimasi Distribusi Ukuran

Gelembung Dengan Pengaruh Jenis, Bentuk,

Dan Panjang Batang 32




BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 38

5.1 Kesimpulan 38

5.2 Saran 38

DAFTAR PUSTAKA 39


xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Skematik diagram pengapungan gelembung 4

Gambar 2.2 Grafik penentuan distribusi gelembung dengan BWM 8

Gambar 2.3 Metode Laser Diffraction MetodeCoulter Counter 10

Gambar 2.4 Metode Coulter Counter 11

Gambar 2.5 Metode Nuclear Magnetic Resonance (NMR) 12

Gambar 3.1 Skematik dari Peralatan Penelitian 15

Gambar 3.2 Flowchart Pengaruh Panjang Batang dalam Penentuan Waktu

Pemisahan Terbaik dan Distribusi Ukuran Gelembung Gliserol

Dalam Biodiesel dengan Metode Pengapungan Batang 18

Gambar 3.3 Flowchart Pengaruh Bentuk Batang dalam Penentuan Waktu



Gambar 3.4 Flowchart Pengaruh Jenis Batang dalam Penentuan Waktu



Gambar 3.5 Flowchart Pengaruh Diameter Batang dalam Penentuan Waktu



Gambar 4.1 Grafik Hubungan Waktu Pemisahan Terhadap Massa Batang Pada

Berbagai Jenis Batang 23


Berbagai Bentuk Batang 25


Berbagai Panjang Batang 27


Berbagai Diameter Batang 29


Berbagai Konsentrasi Cairan 31

Gambar 4.6 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Pengaruh Jenis Batang

Menggunakan (a) Metode Hukum Stokes, (b) Metode Allen, dan (c)

Metode Newton 33

Gambar 4.7 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Pengaruh Bentuk


xiii

Batang Menggunakan (a) Metode Hukum Stokes, (b) Metode Allen,

dan (c)Metode Newton 35

Gambar 4.8 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Pengaruh Panjang

Batang Menggunakan (a) Metode Hukum Stokes, (b) Metode Allen,

dan (c)Metode Newton 36

Gambar LB.1 Data Analisa Kemurnian Biodiesel pada t = 200 detik

dengan Perbandingan 99% : 1% 49

Gambar LB.2 Data Analisa Kemurnian Biodiesel pada t = 700 detik detik








Gambar LB.6 Grafik Analisa DSD Beckman Coulter 54

Gambar LB.7 Data Analisa DSD Beckman Coulter 55

Gambar LC.1 Batang Logam 56

Gambar LC.2 Batang Pengaduk 56

Gambar LC.3 Rangkaian Peralatan 57


xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1

Tabel Rancangan Percobaan

Halaman

16

Tabel 4.1 Ukuran Gelembung dengan Berbagai Jenis Batang 34

Tabel 4.2 Ukuran Gelembung dengan Berbagai Bentuk Batang 36

Tabel 4.3

Tabel LA.1

Ukuran Gelembung dengan Berbagai Panjang Batang

Data Massa Batang Perunggu Dengan Metode Pengapungan

37

Batang 42

Tabel LA.2 Data Untuk 99% Biodiesel – 1% Gliserol 43

Tabel LA.3 Data Untuk 99% Biodiesel – 1% Gliserol Pada Waktu 500 detik 45

Tabel LA.4 Estimasi Distribusi Ukuran Gelembung metode Stokes 46

Tabel LA.5 Estimasi Distribusi Ukuran Gelembung metode Allen 47

Tabel LA.6 Estimasi Distribusi Ukuran Gelembung metode Newton 47

Tabel LA.7 Data Besaran Untuk 99% Biodiesel –1% Gliserol 48


xv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

LAMPIRAN A CONTOH PERHITUNGAN 42

LA.1 MENENTUKAN ESTIMASI DISTRIBUSI UKURAN

GELEMBUNG 43

LA.2 MENENTUKAN KUMULATIF MASSA

GELEMBUNG 45

LA.3 MENENTUKAN BILANGAN REYNOLD 47

LAMPIRAN B DATA HASIL ANALISA 49

LB.1 GAS CHROMATOGRAPHY 49

LB.2 BECKMAN COULTER 54

LAMPIRANC FOTO PERCOBAAN 56

LC.1 BATANG LOGAM 56

LC.2 BATANG PENGADUK 56

LC.3 RANGKAIAN PERALATAN 57


xvi

DAFTAR SINGKATAN

DSD Droplet Size Distribution

BWM Buoyancy Weighing-Bar Method

GC Gas Chromatography

SPG Shirasu Porous Glass

NMR Nuclear Magnetic Resonance


xvii

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Dimensi

ρ Densitas kg/m3

ρG Densitas Gelembung kg/m3

ρL Densitas Larutan kg/m3

h Panjang Batang m

g Percepatan Gravitasi m/s2

μL Viskositas Larutan kg/m.s

φ Wadell’s shape factor -

NRe Bilangan Reynold -

x Ukuran Gelembung µm

D Kumulatif Massa Undersize -

R Kumulatif Massa Oversize -


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Proses pemisahan memiliki peran penting dalam industri seperti industri

kimia, petrokimia, pengolahan pangan, farmasi, pengolahan minyak bumi,

pengolahan mineral. Proses – proses pemisahan senantiasa mengalami

perkembangan, dengan makin banyaknya pilihan teknologi yang bisa digunakan

dan makin berkembangnya permasalahan dilapangan. Oleh karenanya proses

pemisahan menjadi semakin menarik untuk dikaji lebih jauh [1].

Salah satu metode yang dapat digunakan adalah metode pengapungan batang,

metode ini sudah berhasil digunakan untuk menentukan waktu pemisahan dan

droplet size distribution (DSD) terhadap dua fasa cairan yang tidak saling

bercampur. Hal ini dikarenakan batang logam yang digantung pada suspensi dapat

mendeteksi perpindahan gelembung cairan yang berbeda densitas melalui

perubahan massa batang.

Proses pemisahan antara dua fluida yang tidak saling bercampur terjadi secara

gravitasi. fenomena yang di hasilkan adalah berupa peristiwa creaming

(pemisahan) dan peristiwa sedimentasi (pengendapan), tergantung dari nilai

densitas fasa terdispersi dan fasa kontinyu pada emulsi.

Metode Pengapungan Batang (Buoyancy Weighing-Bar Method) telah

berhasil digunakan untuk menentukan distribusi ukuran partikel yang berukuran

antara 5 μm- 100 μm [2]. Hasil pengukuran distribusi ukuran partikel dengan

metode pengapungan batang ini sebanding dengan hasil yang diperoleh dengan

metode-metode yang sebelumnya sudah dikenal dan banyak dipakai di industri,

seperti menggunakan metode Coulter Counter [3], metode Light Scattering [4],

metode Time Domain Pulsed Field Gradient NMR [5], metode Shirasu-Porous-

Glass (SPG) Membranes [6], metode Low-Field NMR [7], dan dengan SMX Static

Mixer [8]. Namun, metode pengukuran dari distribusi ukuran gelembung di atas

memiliki biaya yang cukup mahal. Oleh karena itu, pada penelitian ini akan dikaji

DSD dari gliserol dalam biodiesel dengan metode pengapungan batang


2

dikarenakan biaya yang cukup murah, dalam penelitian ini biodiesel yang

digunakan adalah metil ester.

Prinsip dari metode ini adalah mengukur distribusi ukuran gelembung dan

waktu pemisahan gliserol dalam biodiesel dengan menggunakan sebuah batang

yang digantungkan pada dua campuran yang saling terpisah berdasarkan

perbedaan massa jenisnya. Dalam metode ini, perubahan densitas larutan yang

terjadi karena perpindahan massa gelembung diukur dari perubahan massa batang

yang digantung di dalam suspensi [9]. Pada penelitian ini, Metode Pengapungan

Batang digunakan untuk mengetahui waktu pemisahan terbaik serta penentuan

DSD dalam pemisahan dua cairan yang berbeda densitas. Sampel yang akan diuji

adalah gliserol dan biodiesel (metil ester) yang dilakukan dengan memanfaatkan

perbedaan densitas.

1.2 Perumusan Masalah

Permasalahan yang dihadapi dalam penelitian ini adalah menentukan jenis,

bentuk, dan panjang batang logam yang paling efektif dalam menentukan waktu

pemisahan terbaik antara gliserol dan biodiesel serta DSD gliserol dalam biodiesel

dengan mendeteksi perpindahan gelembung cairan akibat adanya perbedaan

densitas.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengaplikasikan metode pengapungan

batang (BWM) untuk menentukan waktu pemisahan terbaik dan DSD gliserol

dalam biodiesel pada berbagai variasi jenis, bentuk dan panjang batang.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian penentuan waktu terbaik dengan variasi jenis, bentuk,

dan panjang batang dengan Metode Pengapungan Batang ini adalah:

1. Mengaplikasikan Metode Pengapungan Batang ini pada industri

biodiesel untuk mengetahui waktu terbaik pada pemisahan biodiesel.

2. Memberikan informasi kepada industri yang berhubungan dengan

penentuan DSD gliserol dalam biodiesel.


3

1.5 Ruang Lingkup Penelitian

1.5.1 Variabel Tetap

Variabel tetap dalam penelitian ini adalah volume larutan yang

digunakan sebanyak 1000 ml dan divariasikan dengan perbandingan

konsentrasi gliserol dan biodiesel.

1.5.2 Variabel yang divariasikan

1. Fase cairan

Pada penelitian ini, fasa cairan yang akan divariasikan adalah

perbandingan konsentrasi biodiesel : gliserol, dengan konsentrasi

fasa terdispersi (gliserol) kurang dari 10% yaitu :

99 % biodiesel : 1 % gliserol




2. Jenis Batang = Aluminium, Tembaga, Perunggu, dan Besi.

3. Bentuk Batang = Silinder, Segi Empat, dan Sheet.

4. Panjang Batang = 210 mm, 160 mm, 110 mm, dan 60 mm

5. Diameter Batang = 15 mm, 10 mm, 5 mm

1.5.3 Variabel yang diuji

Pada penelitian ini, DSD dari gliserol dalam biodiesel diukur

menggunakan metode Pengapungan Batang dengan menggunakan

hukum Stokes dan hukum Allen. Hasil dari pengukuran DSD ini

dibandingkan dengan metode Coulter Counter. Selain itu, pada

penelitian ini ditentukan waktu pemisahan terbaik gliserol dalam

biodiesel, yang hasil kemurniannya dibandingkan dengan analisa

menggunakan Gas Chromatography (GC).


4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Prinsip Metode Pengapungan Batang

Pada dasarnya prinsip Metode Pengapungan Batang pada pengukuran

distribusi ukuran gelembung sama dengan pada pengukuran distribusi ukuran

partikel padatan (particle size), dimana prinsip ini sama dengan yang dipakai pada

metode manometrik dan metode Oden Balance [9]. Pada pengukuran distribusi

ukuran gelembung sampel yang digunakan cair-cair, sedang pada penentuan particle

size digunakan cair-padat. Secara grafik, kurva massa terhadap waktu pengendapan

pada Metode Pengapungan Batang ini analog dengan kurva pressure drop terhadap

superficial velocity pada fluidisasi [10;11;12].

Gambar 2.1 Skematik diagram pengendapan gelembung

Gambar 2.1(a) menunjukkan bahwa massa batang mula-mula yang mengapung

pada kondisi awal tergantung pada gelembung yang berada antara bagian atas batang

dan bagian bawah batang dalam suspensi. Pada waktu pengapungan t = 0, densitas

mula-mula dari suspensi (ρS0) adalah:

S 0 L

C 0 G L (2.1)

G


5

0 x x

Karena massa batang mula-mula yang mengapung WB0 tergantung pada

gelembung pada suspensi dari permukaan sampai kedalaman h, WB0 dapat

didefinisikan sebagai berikut:

WB0 VB S0 .................................................................................................(2.2)

Pada kondisi mula-mula, massa batang dalam suspensi adalah

GB0 VB B WB0 VB (B S0 ) .......................................................... (2.3)

dimana, ρB adalah densitas dari batang. Gambar 2.1(b) menunjukkan

konsentrasi suspensi (C) semakin menurun dari waktu ke waktu, karena gelembung

yang besar sudah mengapung. Densitas suspensi ρSt , massa pengapungan batang

WBt , dan massa nyata dari batang GBt di dalam suspensi pada t= t diberikan sesuai

dengan persamaan berikut.

St L G L C ......................................................................... (2.4)

WBt VB .ρSt

G

..................................................................................................(2.5)

GBt VB .ρB WBt VB .ρB VB .ρSt VB ρB ρSt ............................................(2.6)

Gambar 2.1(c), pada t = ~, konsentrasi suspensi adalah 0, karena semua

gelembung, baik besar maupun kecil sudah mengapung. Densitas suspensi S∞,

massa pengapungan batang WB , dan massa nyata dari batang GB∞ di dalam suspensi

pada t = ~ diberikan sesuai dengan persamaan berikut.

S L ..............................................................................................................................................(2.7)

WB VB .ρL ...........................................................................................................................(2.8)

GB VB .ρB WB VB ρB ρL (2.9)

Persamaan (2.11) menunjukkan neraca massa gelembung dalam suspensi [10].

C0 C C xmax

f (x)dx C i

xi

0 min

v(x)t

h

f (x)dx ...............................(2.10)

Dari persamaan (2.2), (2.5), (2.8) dan (2.10), diperoleh: W W (W W )

xmax

f (x)dx (W W ) xi

v(x)t

f (x)dx ................. (2.11) 0 0 x 0 x

min h i


6

√

Dimana v(x) adalah kecepatan pengendapan, f(x) adalah frekuensi massa

gelembung berukuran x.

Diferensial persamaan (2.11) terhadap waktu t, maka akan diperoleh :

dW dt (W0 W )

xi

xmin

v(x)

h

f (x)dx ................................................. (2.12)

Dari persamaan (2.11) dan (2.12),

WBt = WRt + (dWBt) t .................................................................................... (2.13)

dt

Dimana WRt adalah massa gelembung yang lebih besar dari gelembung

berukuran x, W - (W -W ) ∫xmax f(x)dx.

0 0 ∞ xi

Kombinasi persamaan (2.6) dan (2.13) akan menghasilkan :

dGBt

dGBt

..................................(2.14)

GBt VB . B WRt t GRt dt dt t

Dimana,

G

Rt VB .B WRt , dan dGBt

dt

dWBt

dt

, karena penurunan massa

batang sesuai dengan penurunan massa pengapungan batang. Nilai GRt dihitung dari

slope persamaan (2.14). Hubungan kumulatif massa oversize, R(x) dan kumulatif

massa undersize, D(x) adalah,

R(x)xmax

f (x)dx GRt GB0 1D(x) ............................................... (2.15)

xi GB GB0

Metode Stokes, metode Allen, dan metode Newton kemudian digunakan untuk

menghitung ukuran gelembung x.

Persamaan (2.16) merupakan persamaan metode Stokes.

x = 18 µLv(x) ....................................................................................................................................

(2.16)

g(ρG – ρL)

Dimana g adalah percepatan gravitasi dan μL adalah viskositas larutan.

Persamaan stokes berlaku hanya untuk jenis aliran laminar dengan Bilangan

Reynold, ReG< 0,2 [12].

Persamaan (2.17) merupakan persamaan metode Allen :

1

x = 1 . v(x) . {

225

φ 4

μLρL

(ρ -ρ )2g2

3

.........................................................................(2.17) L G

}


7

dimana φ adalah Wadell’s shape factor, g adalah percepatan gravitasi, μL

adalah viskositas larutan, ρL adalah densitas pelarut (biodiesel) dan ρG adalah

densitas gelembung. Nilai dari densitas gelembung diasumsikan sama dengan

densitas gliserol, karena gliserol merupakan fase terdispersi yang akan membentuk

gelembung. Bentuk dari gelembung gliserol diasumsikan memiliki bentuk spherical,

sehingga nilai Wadell’s shape factor untuk gelembung gliserol adalah 1 [13]. Pada

persamaan Allen hanya berlaku untuk jenis aliran transisi dengan bilangan Reynold

0,2< ReG< 500 [13].

Persamaan (2.18) merupakan persamaan metode Newton :

x = v(x)

2ρL

.............................................................................................(2.18)

29,73 g(ρG – ρL)

Pada metodeNewton berlaku untuk jenis aliran turbulen dengan bilangan

Reynold 500<NRe < 105[14].

Bilangan Reynold dari gelembung dihitung menggunakan persamaan berikut :

ReG = v . x . ρ

G................................................................................................................................................................ (2.19) μG

dimana v merupakan kecepatan pengapungan yang dihitung dengan persamaan

(2.19), ρG densitas gelembung gliserol, μG adalah viskositas gelembung gliserol dan x

adalah ukuran gelembung.

Kecepatan pengapungan v(x) gelembung dihitung sesuai dengan persamaan

berikut,

v (x) = h ........................................................................................................

(2.20) t

dimana h adalah panjang batang yang terapung di dalam cairan dan t adalah

waktu pengendapan.

mengapung dengan menggunakan Metode Pengapungan Batang. Gambar

kanan bawah menunjukkan perubahan massa batang sebagai fungsi waktu, sementara

gambar kanan atas menunjukkan hubungan waktu dengan kebalikan ukuran

gelembung. Dari persamaan (2.16) dan (2.17), waktu sebanding dengan kuadrat

kebalikan dari ukuran gelembung. Jadi dalam metode ini, ukuran gelembung dapat

dihitung pada setiap waktu t, sementara GRt secara simultan dapat dihitung dari slope,

sesuai dengan persamaan (2.14). Kumulatif massa oversize, R(x) dapat dihitung


8

dengan persamaan (2.15). Pada gambar kiri atas, distribusi ukuran gelembung

diperoleh dari perhitungan ukuran gelembung x dan R(x) [15;16].

Gambar 2.2 Grafik penentuan distribusi gelembung dengan BWM

Persamaan (2.1) –(2.17) di atas dipakai dalam penentuan ukuran gelembung

pada pemisahan cair-cair (gliserol dan biodiesel) serta menentukan waktu yang

menyatakan telah terpisahnya kedua cairan secara sempurna yang ditandai ketika

massa batang dalam suspensi sudah konstan.

2.2 Penelitian Yang Pernah Dilakukan

Penelitian dengan menggunakan metode Metode Pengapungan Batang telah

dilakukan untuk partikel-partikel mengapung dan partikel mengendap dan

Penelitian untuk pengukuran DSD juga telah dilakukan. Penelitian – penelitian yang

pernah dilakukan tersebut adalah sebagai berikut:

Obata, dkk pertama sekali menemukan metode ini dengan mengukur

distribusi ukuran partikel yang mengendap dalam Stokes region.

Sampel yang mereka teliti adalah silica sand, calcium carbonate dan

barium-titanate glass yang diukur dengan menggunakan fase cair

air[2].

Motoi, dkk kemudian mengaplikasikan metode ini untuk menentukan

distribusi ukuran partikel yang mengapung. Sampel yang mereka teliti


9

adalah Glass bubbles, paraffin particle dan Fuji nylon beads. Fase cair

yang dipakai adalah air [14].

Tambun, dkk mengembangkan penelitian ini dengan melakukan

pengukuran distribusi ukuran partikel yang mengapung dalam Allen

region. Sampel yang dipakai adalah polystyrene beads (spherical) dan

nylon beads (cylindrical). Cairan yang dipakai adalah natrium

klorida[17].

Opedal, dkk melakukan penelitian penentuan DSD dengan

menggunakan Low Field NMR pada emulsi air dalam minyak dengan

menggunakan sampel crude oil. Hasil pengukuran DSD dengan metode

ini memiliki korelasi yang sama dengan menggunakan optical

microscope [3].

Boxall, dkk melakukan penelitian penentuan DSD dari emulsi air

dalam minyak dengan menggunakan Particle Video Microscope dan

Focused Beam Reflectance Method pada sampel crude oil. Hasil

penelitian ini adalah bahwa DSD yang terukur pada konsentrasi fase

terdispersi 10 – 20 %[18].

Jurado, dkk melakukan penelitian pengukuran DSD dengan

menggunakan metode laser diffraction yang dilengkapi dengan

Coulter LS-230 analyzer pada sampel triolein, trybutyrin dan air[19].

Pada penelitian sebelumnya, metode pengapungan batang ini sudah pernah

diaplikasikan untuk mengkaji pemisahan dua jenis cairan dan penentuan DSD,

namun masih perlu pengembangan ataupun penelitian lebih lanjut karena masih

minimnya hasil yang diperoleh. Metode BWM ini diharapkan mampu mengukur

DSD gliserol dalam biodiesel serta waktu pemisahan yang terbaik dari kedua cairan

tersebut.


10

2.3 Metode – Metode Pengukuran Distribusi Ukuran Gelembung (DSD)

2.3.1 Laser Diffraction

Metode ini awalnya digunakan hanya untuk mengukur distribusi ukuran partikel

namun, pemanfaatan metode ini untuk pengukuran DSD telah diwujudkan bertahun-tahun

yang lalu. Metode ini kemudian menjadi metode yang paling umum digunakan untuk

mengukur DSD dari emulsi karena dapat mengukur DSD dari ukuran 0,1 μm sampai 1000

μm. Prinsip dari metode ini, yaitu sinar monokromatik ditembakkan melalui suatu emulsi

dan pola difraksi yang dihasilkan diukur menggunakan serangkaian detektor yang peka

terhadap cahaya. Untuk mengakuratkan metode ini dalam pengukuran DSD ada dua hal

yang sangat penting, yaitu (1) desain sistem optik yang digunakan untuk mengukur pola

difraksi yang dihasilkan dari transmisi sinar laser melalui cuvette dan (2) kecanggihan model

matematika yang digunakan untuk mengkonversi pola difraksi yang diukur dalam DSD.

Jumlah, posisi dan kualitas detektor pada alat ini yang digunakan untuk mengukur

ketergantungan sudut sinar laser menentukan keakurasian pola difraksi yang dapat diukur.

Semakin besar jumlah detektor, semakin luas area dari sudut yang terukur dan semakin besar

sensivitas detektor maka semakin akurat pola difraksi yang dapat diukur [20].

Gambar 2.3 Penggunaan Metode Light Scattering untuk Mengukur DSD


11

2.3.2 Electrical Pulse Counting (Coulter Counter)

Metode ini sering juga disebut dengan electrozone sensing. Pada metode ini emulsi

yang akan dianalisis diencerkan dalam larutan elektrolit lemah yang ditempatkan pada

suatu gelas kimia dengan dua elektroda dicelupkan ke dalamnya. Salah satu elektroda

tersebut memiliki suatu celah kecil dimana emulsi digambarkan. Prinsip dari metode ini,

yaitu ketika suatu oil droplet melewati celah pada eletroda menyebabkan penurunan arus

antara elektroda, karena minyak memiliki konduktivitas listrik yang jauh lebih rendah

daripada air. Setiap kali oil droplet melewati celah, instrumen mencatat penurunan arus

pada elektroda yang dikonversi menjadi suatu denyut (pulse) listrik. Alat ini mengontrol

volume cairan yang melewati celah. Oleh karena itu, konsentrasi droplet dapat ditentukan

dengan menghitung jumlah denyut (pulse) listrik dalam suatu emulsi. Metode ini dapat

mengukur DSD yang berukuran 0,4 μm sampai 1200 μm [21].

Gambar 2.4 Metode Coulter Counter


12

2.3.3 Microscopy

Pada metode ini DSD ditentukan dengan cara mengamati sampel emulsi melalui

microscope dan secara visual menentukan ukuran dari gelembung. Sering kali foto

diperbesar untuk penentuan visual. Teknik ini memiliki keuntungan untuk dapat

membedakan antara droplet oil dan partikel non-minyak. Alat ini juga dapat membantu

untuk melihat langsung apakah ada faktor bentuk yang ekstrim. Namun, teknik ini

umumtnya menggunakan volume sampel yang sangat kecil dan karena itu mungkin tidak

mewakili dari seluruh sampel [22]. Namun, kelemahan metode ini adalah tidak

terdeteksinya suatu gelembung yang memiliki ukuran kurang dari 0,5 μm. Hal ini terjadi

karena lemahnya resolusi dan kecerahan (kontras) pada metode ini. Dan jika suatu

gelembung memiliki brownian effect, maka alat ini tidak bisa mendeteksi gelembung yang

memiliki ukuran kurang dari 1μm [23].

2.3.4 Nuclear Magnetic Resonance (NMR)

Metode ini telah digunakan untuk mengukur DSD dari suatu emulsi, dimana DSD

yang terdeteksi berukuran 0,2 μm sampai 100 μm. Prinsip dari metode ini sangat rumit,

dan telah dijelaskan pada beberapa literatur. Pada dasarnya sampel yang akan dianalisa

ditempatkan pada static magnetic field gradient dan serangkaian radio frequency pulses

ditempatkan pada daerah itu. Pulse tersebut akan menyebabkan beberapa inti hidrogen

dalam sampel memiliki energi yang lebih tinggi sehingga dapat terdeteksi oleh NMR [24].

Pada saat melakukan pengukuran DSD, tidak perlu melakukan pretreatmen pada sampel

yang akan dianalisa dan sampel tersebut tidak akan rusak, sehingga memungkinkan untuk

kembali melakukan pengukuran untuk sampel yang sama [25].

Gambar 2.5 Nuclear Magnetic Resonance


13

2.4 Emulsi Cair - Cair

Emulsi adalah suatu sistem yang terdiri dari dua fasa cairan yang tidak saling

tercampur. Dua fasa cairan ini terdiri dari liquid droplet (fasa terdispersi) yang terdispersi

pada suatu media cair (fase kontinu). Ada beberapa jenis emulsi yaitu emulsi minyak

dalam air (W/O), emulsi air dalam minyak (W/O) dan emulsi minyak dalam minyak

(O/O). Untuk dapat mendispersikan dua cairan yang tidak saling bercampur diperlukan

komponen ketiga, yaitu emulsifier. Penggunaan emulsifier tidak hanya untuk membantu

pembentukan emulsi tetapi juga untuk menstabilkan emulsi tersebut untuk waktu yang

lama [26]. Proses pengubahan dua cairan yang tidak saling melarut menjadi suatu emulsi

disebut homogenisasi dan alat yang digunakan untuk melakukan fungsi di atas disebut

dengan homogenizer [24]. Tipe emulsi di atas dipengaruhi oleh beberapa variabel, seperti

perbandingan jumlah air dan minyak, konsentrasi elektolit, temperatur [27], ukuran rata-

rata dari gelembung, visksositas dari tiap fasa dan konsentrasi dari emulsifier yang akan

digunakan [28].

Beberapa proses yang berkaitan dengan pemecahan emulsi, yaitu : (1) Droplet size

distrbution antara fasa terdispersi dan fasa kontinu. (2) Kelarutan dari fasa terdispersi dan

distribusi ukuran partikel, yang kemudian akan menyebabkan Ostwald ripening

(disproporsional). (3) Stabilitas dari liquid film antara droplet, yang kemudian

menyebabkan peleburan emulsi dan (4) Fase inversi. Fenomena fisik yang terlibat dalam

setiap proses pemecahan pada emulsi di atas tidak sederhana, dan memerlukan analisis

dari setiap fenomena yang terlibat. Selain itu, proses pemecahan di atas lebih sering terjadi

secara bersamaan dibandingkan secara berurutan, yang kemudian akan mempersulit

analisis [26].


14

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Penelitian, Departemen Teknik

Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Penelitian ini dilaksanakan

selama 6 bulan. Pada penelitian ini dikaji kecepatan pemisahan gliserol dalam metil

ester, sekaligus untuk menentukan DSD dari gliserol dalam biodiesel.

3.1 Bahan Yang Digunakan

Bahan yang digunakan pada penelitian adalah sebagai berikut.

1. Gliserol (pa)

2. Biodiesel (Produksi PPKS)

3.2 Peralatan Yang Digunakan

Peralatan yang digunakan pada penelitian adalah sebagai berikut.

1. Neraca analitik FS – AR 210 dengan ketelitian 0,0001 g dengan pengait di

bawah.

2. Batang logam sebagai pendeteksi perpindahan gelembung cairan yang berjenis

aluminium, tembaga, perunggu, dan besi dengan bentuk silinder, segi empat,

dan sheet dengan panjang 210 mm, 160 mm, 110 mm, dan 60 mm pada

diameter 15 mm, 10 mm, dan 5 mm.

3. Pengaduk khusus, untuk menghomogenkan suspensi di awal percobaan.

4. Gas Chromatography di PPKS Medan sebagai pembanding/menguji

kemurnian hasil pemisahan gliserol dalam biodiesel.

5. Coulter Counter di LIPI Serpong sebagai pembanding/menguji hasil DSD

gliserol dalam biodiesel.


15

Ilustrasi gambar peralatan dapat dilihat seperti pada gambar 3.1.

Keterangan:

1. Neraca analitik (analytical balance) FS – AR

210

2. Benang penggantung batang / pengait

3. Fasa kontinue

4. Batang logam (weighing bar)

5. Gelas ukur (measuring glass cylinder)

6. Fasa terdispersi

7. Ruangan insulasi (insulation vessel)

Gambar 3.1 Skematik dari Peralatan Penelitian

3.3 Rancangan Penelitian

Material sampel yang diteliti adalah campuran biodiesel dan gliserol. Volume

campuran yang digunakan sebanyak 1000 ml dengan perbandingan konsentrasi yaitu

99% : 1%, 98% : 2%, 97% : 3%, 96% : 4%. Gelas ukur yang digunakan memiliki

diameter 60 mm. Rancangan percobaan dapat dilihat pada Tabel 3.1 berikut.

1

2

3

4

5

6

7


16

Tabel 3.1 Tabel Rancangan Percobaan

Jenis

Batang

Konsentrasi

(%)

Bentuk

Batang

Panjang

Batang

(mm)

Diameter/

Ukuran

Batang

(mm)

Jumlah

Run

Aluminium

99 : 1 Silinder 210 15, 10, 5 3

99 : 1 Silinder 160 10 1

99 : 1 Silinder 110 10 1

99 : 1 Silinder 60 10 1

98 : 2 Silinder 210 10 1

97 : 3 Silinder 210 10 1

96 : 4 Silinder 210 10 1

Besi

99 : 1 Silinder 210 10 1

99 : 1 Balok 210 10 x 10 1

99 : 1 Sheet 210 3 x 25 1

Perunggu 99 : 1 Silinder 210 10 1

Tembaga 99 : 1 Silinder 210 10 1

Jumlah Total Run 14

Perlakuan penelitian dilakukan dengan mencampurkan gliserol kedalam

biodiesel pada suhu 298 K (suhu kamar) sehingga terbentuk dua lapisan sesuai

dengan perbandingan konsentrasi tersebut di atas. Pada penelitian ini mengukur lama

pemisahan antara gliserol dengan biodiesel, dimana pada pemisahan ini terbentuk 2

lapisan, yaitu lapisan atas (biodiesel) dan lapisan bawah (gliserol), kemudian


17

digunakan Metode Pengapungan Batang untuk menentukan lamanya pemisahan dan

mengkaji DSD. Semua campuran diaduk sebelum dilakukan pengukuran, lama

pengukuran maksimal selama 1 jam dan data direkam setiap interval 1 detik.

Pada penelitian ini, DSD diukur berdasarkan metode Stokes, metode Allen,

dan metode Newton, sedangkan untuk mengetahui kemurnian dari gliserol dan

biodiesel diuji dengan menggunakan gas chromatography.

Untuk menyiapkan suspensi, 1000 ml campuran dimasukkan kedalam gelas

ukur. Dengan mengunakan tali/benang yang sangat ringan, batang yang sesuai

dengan rancangan percobaan di atas digantung dari bawah neraca analitik. Setelah

diaduk dengan pengaduk khusus, batang dimasukkan kedalam suspensi, dan dicatat

sebagai t = 0 detik. Hal ini berlangsung maksimal selama 1 jam. Setelah pengukuran

selesai, distribusi ukuran gelembung diukur menggunakan metode Stokes, metode

Allen, metode Newton.


18

Ya

Apakah ada panjang

batang yang lain ?

Ya

Apakah ada perbandingan

volume yang lain ?

Tidak

Selesai

Gelas ukur dimasukkan ke dalam rangkaian peralatan

Digunakan batang logam aluminium berbentuk silinder

dengan panjang 210 mm

3.4 Flowchart Penelitian

3.4.1 Pengaruh Panjang Batang

Adapun flowchart pengaruh panjang batang dalam penentuan waktu pemisahan

terbaik dan distribusi ukuran gelembung gliserol dalam biodiesel dengan metode

pengapungan batang adalah sebagai berikut:

Gambar 3.2 Flowchart Pengaruh Panjang Batang dalam Penentuan Waktu Pemisahan

Terbaik dan Distribusi Ukuran Gelembung Gliserol dalam Biodiesel.

Mulai

Biodiesel dan gliserol sebanyak 1000 ml dengan perbandingan

99% : 1% (v/v) dimasukan ke dalam gelas ukur, kemudian diaduk

Diukur waktu terpisahnya biodiesel dan gliserol

Dihitung DSD dari gliserol dalam biodiesel

Waktu dan massa dicatat hingga massa konstan


19

Apakah ada bentuk

batang yang lain ?

Ya

Selesai



Mulai



3.4.2 Pengaruh Bentuk Batang

Adapun flowchart pengaruh bentuk batang dalam penentuan waktu pemisahan



Gambar 3.3 Flowchart Pengaruh Bentuk Batang dalam Penentuan Waktu Pemisahan




Digunakan batang logam aluminium dengan panjang 210

mm berbentuk silinder


20

Apakah ada jenis batang

yang lain ?

Ya

Selesai





Dipilih batang logam silinder dengan panjang 210 mm

berjenis aluminium

3.4.3 Pengaruh Jenis Batang

Adapun flowchart pengaruh jenis batang dalam penentuan waktu pemisahan



Gambar 3.4 Flowchart Pengaruh Jenis Batang dalam Penentuan Waktu Pemisahan


Mulai




21

Apakah ada diameter

batang yang lain ?

Ya

Selesai





Dipilih batang logam silinder berjenis aluminium dan

panjang 210 mm dengan diameter 15 mm

3.4.4 Pengaruh Diameter Batang

Adapun flowchart pengaruh jenis batang dalam penentuan waktu pemisahan



Gambar 3.5 Flowchart Pengaruh Diameter Batang dalam Penentuan Waktu

Pemisahan Terbaik dan Distribusi Ukuran Gelembung Gliserol dalam Biodiesel.

Mulai




22

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 APLIKASI METODE PENGAPUNGAN BATANG TERHADAP

WAKTU PEMISAHAN DENGAN PENGARUH JENIS, BENTUK, DAN

PANJANG BATANG

Pada penelitian ini, aplikasi Metode Pengapungan Batang terhadap waktu

pemisahan dilakukan pada perbandingan konsentrasi antara biodiesel dengan gliserol

sebesar 99% : 1% ; 98% : 2% ; 97% : 3% ; 96% : 4% yang divariasikan dengan jenis,

bentuk, diameter, dan panjang batang.


Gambar 4.1 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa

batang berjenis aluminium, tembaga, perunggu dan besi yang memiliki panjang 210

mm berbentuk silinder dan diameter batang 10 mm pada perbandingan konsentrasi

99% : 1%.

Tabel 4.1 menunjukkan waktu pemisahan biodiesel dengan gliserol yang

didapat dari perubahan massa batang pada berbagai jenis batang, dimana massa

batang dimulai dari meningkat dengan cepat dan meningkat secara perlahan hingga

konstan, massa batang yang sudah konstan menunjukkan bahwa biodiesel dan

gliserol sudah terpisah.

Tabel 4.1 Waktu Pemisahan dengan Berbagai Jenis Batang

Jenis

Batang

Meningkat

Cepat (detik)

Meningkat

Perlahan (detik)

Konstan

(detik)

Perunggu 0 – 160 160 – 777 777

Tembaga 0 – 200 200 – 721 721

Besi 0 – 72 72 – 365 365

Aluminium 0 – 140 140 – 261 261


23

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Waktu Pemisahan Terhadap Massa Batang pada Berbagai Jenis Batang dengan Panjang Batang 210 mm dan Diameter Batang 10 mm

Berbentuk Silinder pada Konsentrasi 99% Biodiesel : 1% Gliserol.

138.33

138.32

138.31

138.30

138.29

138.28

138.27

138.26

133.81

133.80

133.80

133.79

133.78

133.78

133.77

133.76

118.31

118.30

118.29

118.28

118.27

118.26

118.25

118.24

32.81

32.81

32.80

32.80

32.80

32.80

32.80

32.79

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Waktu (detik)

Ma

ssa

Ba

tan

g (

x 1

0-6

kg

)


24

Pada awal proses pemisahan, gelembung yang berukuran besar akan tenggelam

terlebih dahulu sehingga peningkatan massa batang yang terjadi cukup besar.

Semakin lama waktu proses pemisahan, maka peningkatan massa batang semakin

lambat hingga konstan dikarenakan pada saat tersebut gelembung yang berukuran

kecil yang mengapung hingga semua gelembung tenggelam [9].

Pada proses pemisahan gliserol dalam biodiesel, terdapat perbedaan waktu

pemisahan antara jenis batang yang digunakan. Hal ini dikarenakan adanya

perbedaan massa jenis batang yang digunakan, dimana semakin besar massa jenis

batang maka lebih baik dalam mendeteksi perpindahan gelembung tersebut.

Metode Gas Chromatography selanjutnya digunakan untuk mengetahui

gliserol dan biodiesel sudah terpisah dengan sempurna. Sampel yang diambil untuk

menguji kadar biodiesel adalah sampel pada detik ke-200 dan detik ke-700. Pada

detik ke-200 massa batang belum konstan dengan kadar biodiesel sebesar 99,1265%.

Namun, massa batang tersebut masih tetap meningkat secara perlahan sampai detik

ke-700 dengan kadar biodiesel didapat 99,2271%.

Pada dasarnya, kadar gliserol untuk detik ke-200 dan detik ke-700 adalah sama

untuk semua variasi jenis batang, namun pada penelitian ini hanya pada batang

perunggu yang massanya berubah secara perlahan hingga konstan pada detik ke-700.

Sementara itu pada batang aluminium, tembaga, dan besi mengalami perubahan

massa hingga akhirnya konstan lebih cepat. Hal ini menunjukkan bahwa, batang

perunggu lebih baik dalam mendeteksi perpindahan gelembung dibandingkan dengan

jenis batang lainnya.



batang yang berjenis besi berbentuk silinder (diameter 10 mm), segi empat (10 mm x

10 mm), dan sheet (3 mm x 25 mm) yang memiliki panjang 210 mm pada

perbandingan konsentrasi 99% : 1%.


didapat dari perubahan massa batang pada berbagai bentuk batang, dimana massa



25



Tabel 4.2 Waktu Pemisahan dengan Berbagai Bentuk Batang

Bentuk

Batang

Meningkat

Cepat (detik)

Meningkat

Perlahan (detik)

Konstan

(detik)

Segi

Empat 0 – 120 120 – 264 264

Silinder 0 – 72 72 – 365 365

Sheet 0 – 45 45 – 318 318

145.58

145.58

145.57

145.57

145.56

145.56

145.55

145.55

118.31

118.30

118.29

118.28

118.27

118.26

118.25

118.24

110.90

110.89

110.88

110.87

110.86

110.84

110.83

110.82

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Waktu (detik)

Ma

ssa

Ba

tan

g (

x 1

0-6

kg

)


26

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Waktu Pemisahan Terhadap Massa Batang pada Berbagai Bentuk Batang dengan Panjang Batang 210 mm Berjenis Besi pada

Konsentrasi 99% Biodiesel : 1% Gliserol.

Pada proses pemisahan gliserol dalam biodiesel dengan variasi bentuk batang,

tidak ada perbedaan kemampuan dalam mendeteksi perpindahan gelembung karena

massa jenis yang sama. Hal ini menujukkan bahwa variasi bentuk batang

memberikan hasil yang berdekatan dalam menentukan waktu pemisahan biodiesel-

gliserol.



batang dengan panjang 210 mm, 160 mm, 110 mm dan 60 mm yang memiliki bentuk

silinder berjenis aluminium dan diameter batang 10 mm pada perbandingan

konsentrasi 99% : 1%.


didapat dari perubahan massa batang pada berbagai panjang batang, dimana massa




Tabel 4.3 Waktu Pemisahan dengan Berbagai Panjang Batang

Panjang

Batang

Meningkat

Cepat (detik)

Meningkat

Perlahan (detik)

Konstan

(detik)

210 mm 0 – 140 140 – 261 261

160 mm 0 – 110 110 – 251 251

110 mm 0 – 25 25 – 216 216

60 mm 0 – 18 18 – 168 168


27

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Waktu Pemisahan Terhadap Massa Batang pada

Berbagai Panjang Batang dengan Diameter Batang 10 mm, Berjenis Aluminium, dan

Berbentuk Silinder pada Konsentrasi 99% biodiesel : 1% gliserol

32.81

32.81

32.80

32.80

32.80

32.80

32.80

32.79

25.07

25.07

25.07

25.07

25.07

25.06

25.06

25.06

17.86

17.86

17.85

17.84

17.84

17.83

17.83

17.82

10.00

10.00

10.00

9.99

9.99

9.99

9.98

9.98

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Waktu (detik)

Ma

ssa

Ba

tan

g (

x 1

0-6

kg

)


28

Pada awal proses pemisahan, gelembung yang berukuran besar akan tenggelam

terlebih dahulu sehingga peningkatan massa batang yang terjadi cukup besar.

Semakin lama waktu proses pemisahan, maka peningkatan massa batang semakin

lambat hingga konstan dikarenakan pada saat tersebut gelembung yang berukuran

kecil yang mengapung hingga semua gelembung tenggelam [9].

Pada proses pemisahan gliserol dalam biodiesel, terdapat perbedaan waktu

pemisahan antara panjang batang yang digunakan. Hal ini dikarenakan semakin

panjangnya batang, maka semakin banyak pula area dalam mendeteksi perpindahan

gelembung.

Pada penelitian ini, batang dengan panjang 210 mm yang massanya berubah

secara perlahan hingga konstan membutuhkan waktu lebih lama dibandingkan batang

dengan panjang 60 mm, 110 mm, dan 160 mm. Hal ini menunjukkan bahwa, batang

dengan panjang 210 mm lebih baik dalam mendeteksi perpindahan gelembung

dibandingkan dengan panjang batang lainnya.

4.1.4 Pengaruh Diameter Batang


batang diameter 5 mm, 10 mm, 15 mm yang memiliki panjang 210 mm berjenis

aluminium dan berbentuk silinder pada perbandingan konsentrasi 99% : 1%.


didapat dari perubahan massa batang pada berbagai diameter batang, dimana massa




Tabel 4.4 Waktu Pemisahan dengan Berbagai Diameter Batang

Diameter

Batang

Meningkat

Cepat (detik)

Meningkat

Perlahan (detik)

Konstan

(detik)

15 mm 0 – 260 260 – 373 373

10 mm 0 – 140 140 – 261 261

5 mm 0 – 135 135 – 233 233


29


Berbagai Diameter Batang dengan Panjang Batang 210 mm, Berjenis Aluminium,

dan Berbentuk Silinder pada Konsentrasi 99% biodiesel : 1% gliserol.


biodiesel dan gliserol sudah terpisah dengan sempurna. Sampel yang diambil untuk

77.78

77.76

77.73

77.71

77.68

77.66

77.63

77.61

32.81

32.81

32.80

32.80

32.80

32.80

32.80

32.79

12.88

12.88

12.87

12.87

12.87

12.86

12.86

12.86

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Waktu (detik)

Ma

ssa

Ba

tan

g (

x 1

0-6

kg

)


30

menguji kadar biodiesel adalah sampel pada detik ke-200. Pada detik ke-200 massa

batang belum konstan dengan kadar biodiesel sebesar 98,1265%.

Pada penelitian ini, batang dengan diameter 15 mm yang massanya berubah

secara perlahan hingga konstan membutuhkan waktu lebih lama dibandingkan batang

dengan diameter 10 mm dan diameter 5 mm. Hal ini menunjukkan bahwa, batang

dengan diameter 15 mm lebih baik dalam mendeteksi perpindahan gelembung

dibandingkan dengan diameter batang lainnya.

4.1.5 Pengaruh Konsentrasi Cairan


batang dengan perbandingan konsentrasi cairan 99% : 1% ; 98% : 2% ; 97% : 3% ;

96% : 4% yang memiliki bentuk silinder berjenis aluminium dan diameter batang 10

mm pada panjang batang 210 mm.


didapat dari perubahan massa batang pada berbagai panjang batang, dimana massa




Tabel 4.5 Waktu Pemisahan dengan Berbagai Panjang Batang

Perbandingan

Konsentrasi

Cairan

Meningkat

Cepat (detik)

Meningkat

Perlahan (detik)

Konstan

(detik)

99% : 1% 0 – 140 140 – 261 261

98% : 2% 0 – 170 170 – 552 552

97% : 3% 0 – 290 290 – 592 592

96% : 4% 0 – 350 350 – 711 711


31


Berbagai Konsentrasi Cairan dengan Panjang Batang 210 mm, Diameter Batang 10

mm Berjenis Aluminium, dan Berbentuk Silinder.

Pada awal proses pemisahan, gelembung yang berukuran besar akan

mengapung terlebih dahulu sehingga penurunan massa batang yang terjadi cukup

besar. Semakin lama waktu proses pemisahan, maka penurunan massa batang

32.81

32.81

32.80

32.80

32.80

32.80

32.79

32.47

32.46

32.45

32.45

32.44

32.43

32.42

32.41

32.43

32.42

32.40

32.38

32.37

32.35

32.34

32.32

32.40

32.37

32.34

32.31

32.28

32.25

32.22

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Waktu (detik)

Ma

ssa

Ba

tan

g (

x 1

0-6

kg

)


32

semakin lambat hingga konstan dikarenakan pada saat tersebut gelembung yang

berukuran kecil yang mengapung hingga semua gelembung mengapung [8].


biodiesel dan gliserol sudah terpisah dengan sempurna. Sampel yang diambil untuk

menguji kadar biodiesel adalah sampel pada detik ke-200 dan ke-700. Pada

perbandingan konsentrasi 99% : 1% detik ke-200 kadar biodiesel didapat sebesar

98,1265% dan detik ke-700 kadar biodiesel didapat 99,2271%. Begitu juga pada

perbandingan konsentrasi 98% : 2% pada detik ke- 200 kadar biodiesel didapat

sebesar 98,6815%, perbandingan konsentrasi 97% : 3% pada detik ke- 200 kadar

biodiesel didapat sebesar 98,6705%, dan perbandingan konsentrasi 96% : 4% pada

detik ke- 200 kadar biodiesel didapat sebesar 98,3678%.

4.2 APLIKASI METODE PENGAPUNGAN BATANG TERHADAP

ESTIMASI DISTRIBUSI UKURAN GELEMBUNG DENGAN

PENGARUH JENIS, BENTUK, DAN PANJANG BATANG


Gambar 4.6 menunjukkan grafik estimasi distribusi ukuran gelembung

terhadap massa batang untuk jenis batang aluminium, tembaga, perunggu dan besi

yang memiliki panjang 210 mm berbentuk silinder.

Gambar (a) menunjukkan distribusi ukuran gelembung yang diperoleh dari

perhitungan dengan metode Stokes dan gambar (b) menunjukkan distribusi ukuran

gelembung yang diperoleh dari perhitungan dengan metode Allen, dimana dapat

dilihat bahwa rentang distribusi ukuran gelembung dengan perhitungan metode

Stokes maupun metode Allen tidak sebanding dengan metode Coulter Counter.

Gambar (c) menunjukkan distribusi ukuran gelembung yang diperoleh dari

perhitungan dengan menggunakan metode Newton. Pada grafik tersebut dapat dilihat

bahwa perhitungan dengan menggunakan metode Newton mendekati dengan hasil

yang diperoleh pada metode Coulter Counter, hal ini dikarenakan gelembung yang

dihasilkan oleh rasio konsentrasi 99% biodiesel : 1% gliserol memiliki Bilangan

Reynold dengan rentang yang berada pada aliran Newton, yaitu Re = 500 – 105. Jadi


33

dapat disimpulkan bahwa metode Newton lebih sesuai dibandingkan dengan metode

Stokes ataupun metode Allen dalam mengukur ukuran distribusi gelembung.

(a) (b)

(c)

Gambar 4.6 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Pengaruh Jenis Batang

Menggunakan (a) Metode Hukum Stokes, (b) Metode Allen, dan (c) Metode

Newton.

Percobaan ini menggunakan variasi jenis batang, untuk mengetahui jenis

batang yang paling tepat dalam mengukur distribusi ukuran gelembung. Dari hasil

perhitungan dengan menggunakan metode Newton, distribusi ukuran gelembung

pada batang berjenis perunggu lebih mendekati hasil dari metode Coulter Counter

dibandingkan dengan batang berjenis aluminium, tembaga dan besi.

Jadi, dapat disimpulkan bahwa Metode Pengapungan Batang ini dapat

digunakan untuk menentukan distribusi ukuran gelembung.

Tabel 4.7 menunjukkan hasil ukuran gelembung yang didapat dari metode

Stokes, Allen, dan Newton dengan jenis batang yang digunakan.


34

Tabel 4.7 Ukuran Gelembung dengan Berbagai Jenis Batang

Jenis

Batang

Stokes

Ukuran Gelembung

(µm)

Allen

Ukuran

Gelembung (µm)

Newton

Ukuran Gelembung

(µm)

Aluminium 106,6686 – 1723,2834 17,3046 – 564,5610 0,0019– 83,4803

Tembaga 64,1784 – 994,9381 6,2642 – 451,6488 0,0722– 333,9213

Perunggu 61,8224 – 1723,2834 5,8127 – 564,5610 0,0006– 333,9213

Besi 90,2008 – 1723,2834 12,3739 – 645,2125 0,0025– 333,9213



terhadap massa batang untuk bentuk batang silinder, prisma segi empat, dan sheet

yang memiliki panjang 210 mm berjenis besi

(a) (b)

(c)

Gambar 4.7 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Pengaruh Bentuk Batang Menggunakan (a) Metode Hukum Stokes, (b) Metode Allen, dan (c) Metode Newton

Gambar (a) menunjukkan distribusi ukuran gelembung yang diperoleh dari

perhitungan dengan metode Stokes, gambar (b) menunjukkan distribusi ukuran

.


35

gelembung yang diperoleh dari perhitungan dengan metode Allen, dan gambar (c)

menunjukkan distribusi ukuran gelembung yang diperoleh dari perhitungan dengan

menggunakan metode Newton.

Percobaan ini menggunakan variasi bentuk batang, untuk mengetahui bentuk


perhitungan dengan menggunakan metode Newton, distribusi ukuran gelembung

pada seluruh bentuk batang mendekati hasil dari metode Coulter Counter.


Stokes, Allen, dan Newton dengan bentuk batang yang digunakan.

Tabel 4.8 Ukuran Gelembung dengan Berbagai Bentuk Batang

Bentuk

Batang

Stokes

Ukuran Gelembung

(µm)

Allen

Ukuran Gelembung

(µm)

Newton

Ukuran Gelembung

(µm)

Prisma Segi

Empat 106,0608 – 609,2727 19,3702 – 645,2125 0,0048– 333,9213

Sheet 96,6369 – 609,2727 14,2028 – 564,5610 0,0033 – 333,9213

Silinder 90,2008 – 770,6758 12,3739 – 645,2125 0,0025 – 333,9213



terhadap massa batang untuk panjang batang 60 mm, 110 mm, 160 mm dan 210 mm

yang memiliki bentuk silinder berjenis aluminium.Gambar (a) menunjukkan

distribusi ukuran gelembung yang diperoleh dari perhitungan dengan metode Stokes,

gambar (b) menunjukkan distribusi ukuran gelembung yang diperoleh dari

perhitungan dengan metode Allen, dan gambar (c) menunjukkan distribusi ukuran

gelembung yang diperoleh dari perhitungan dengan menggunakan metode Newton.


36

(a)

(c)

Gambar 4.8 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Pengaruh Panjang Batang Menggunakan (a) Metode Hukum Stokes, (b) Metode Allen, dan (c) Metode Newton

Percobaan ini menggunakan variasi panjang batang, untuk mengetahui panjang


perhitungan dengan menggunakan metode Newton,distribusi ukuran gelembung pada

batang dengan panjang 210 mm lebih mendekati hasil dari metode Coulter Counter

dibandingkan batang dengan panjang 60 mm, 110 mm dan 160 mm.

„

(b)


37


Stokes, Allen, dan Newton dengan panjang batang yang digunakan.

Tabel 4.9 Ukuran Gelembung dengan Berbagai Panjang Batang

Panjang

Batang

Stokes

Ukuran Gelembung

(µm)

Allen

Ukuran Gelembung

(µm)

Newton

Ukuran Gelembung

(µm)

210 mm 106,6686 – 609,2727 17,3046 – 752,7429 0,0049 – 333,9213

160 mm 94,9446 – 614,0891 13,7079 – 688,2267 0,0031 – 193,8409

110 mm 84,8626 – 720,0833 10,9527 – 591,4448 0,0020 – 91,6201

60 mm 55,4322 – 508,0448 7,6811 – 645,2125 0,0023 – 65,0321


38

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Kesimpulan yang diperoleh dari metode penelitian pengapungan batang ini

adalah:

1. Jenis batang yang paling efektif dalam menentukan waktu pemisahan

biodiesel-gliserol pada rasio konsentrasi 99% : 1% dengan panjang batang

210 mm dan diameter batang 10 mm berbentuk silinder adalah jenis batang

perunggu.

2. Bentuk batang segi empat, silinder, dan sheet memberikan hasil yang

berdekatan dalam menentukan waktu pemisahan biodiesel-gliserol pada

rasio konsentrasi 99% : 1% dengan panjang batang 210 mm berjenis besi.

3. Panjang batang yang paling efektif dalam menentukan waktu pemisahan

biodiesel-gliserol pada rasio konsentrasi 99% : 1% dengan diameter batang

10 mm, berjenis aluminium, dan berbentuk silinder adalah panjang batang

210 mm.

4. Metode Pengapungan Batang Dapat mengukur distribusi ukuran gelembung

gliserol dalam biodiesel dan hasilnya sebanding dengan metode coulter

counter.

5. Metode Newton lebih sesuai dibandingkan dengan metode Stokes ataupun

metode Allen dalam mengukur ukuran distribusi gelembung.

5.2 SARAN

Saran yang dapat diberikan dari penelitian ini adalah:

1. Pada penelitian selanjutnya disarankan menggunakan neraca analitik dengan

ketelitian 0,000001 (mikro) agar hasil metode Pengapungan Batang semakin

diketahui keakuratannya dan dapat memberikan hasil yang lebih teliti.

2. Pada penelitian selanjutnya disarankan memvariasikan konsentrasi gliserol

lebih dari 4%.

3. Pada penelitian selanjutnya disarankan memvariasikan bentuk dan panjang

batang perunggu.


39

DAFTAR PUSTAKA

[1] W, Ningsih, “Pengaruh Udara Pemanas dalam Proses Filtrasi Sentrifugasi

dalam Perpindahan Massa Cairan”, Universitas Gadjah Mada, 2016.

[2] E. Obata, Y. Ohira and M. Ohta, “New Measurement of Particle Size

Distribution by Buoyancy Weighing–bar Method, Powder Technology, 196,

163–168, 2009.

[3] F. B. Sprow, “Distribution of Drop Size Produced in Turbulent Liquid-Liquid

Dispersion”, (Oxford : Pergamon Press Ltd, 1967), 22, hal. 435 – 442.

[4] Y. Mao, L. Yong, H. Tao, W. Shimin dan X. Yiqian, “In Situ Measurement of

Droplet Size Distribution by Light Scattering Method”, Wuhan University

Journal of Natural Sciences, 3, hal. 18-422, 1998.

[5] G. J. W. Goudappel, J. P. M. van Duynhoven, dan M. M. W. Mooren,

“Measurement of Oil Droplet Size Distributions in Food Oil/Water Emulsions

by Time Domain Pulsed Field Gradient NMR”, Journal of Colloid dan

Interface Science, 239, hal. 535–542, 2001.

[6] G. T. Vladisavlejevic dan H. Schubert, “Preparation dan Analysis of Oil in

Water Emulsions with a Narrow Droplet Size Distribution using Shirasu

Porous Glass (SPG) Membranes”, Desalination, 144, hal. 167-172, 2002.

[7] N. van der Tuuk Opedal, G. Sorldandan J. Sjoblom, “Methods for Droplet

Size Distribution Determination of Water in Oil Emulsions using Low-Field

NMR”,

Journal of Basic Principles of Diffusion Theory, Experiment dan Application,

7, hal. 1-28, 2009.

[8] L. Murugandanam, D. Kunal dan G. O. Melwyn, “Studies on Droplet Size

Distribution of Oil-in-Water Emulsion in SMX Static Mixer”, Journal of

Applied Fluid Mechanics, 11, 1, 107-114, 2018.


40

[9] S. Odén, The size distribution of particles in soils and the experimental

methods of obtaining them, Soil Science, 19, 1–35,1925.

[10] E. Obata, H. Watanabe and N. Endo, Measurement of size and size

distribution of particles by fluidization, Journal of Chemical Engineering of

Japan, 15, 23– 28, 1982.

[11] E. Obata and H. Watanabe, Measurement of particle sizes by fluidization,

Encyclopedia of Fluid Mechanics, vol. 4, Gulf Publishing, Houston, pp. 221–

236, 1986.

[12] E. Obata and K. Ando, Particle size measurements by fluidization: From

laminar flow region to the turbulent flow region, Encyclopedia of Fluid

Mechanics, Supplement 2, Gulf Publishing, Houston, pp. 169–189,1993.

[13] E. Obata, Y. Ohira and M. Ohta, New measurement of particle size

distribution by buoyancy weighing–bar method, Powder Technology, 196,

163–168, 2009.

[14] T. Motoi, Y. Ohira and E. Obata, Measurement of the floating particle size

distribution by buoyancy weighing–bar method, Powder Technology, 201,

283– 288, 2010.

[15] T. Allen, Particle Size Measurement, Fourth edition, Chapman and Hall,

London, pp. 345–355, 1990.

[16] R. Tambun, Y. Ohira and E. Obata, Graphical analogy of particle size

distribution among Andreasen pipette, settling balance, fluidization–curve

and buoyancy weighing–bar methods, Proceeding of the 13th

Asia Pacific

Confederation of Chemical Engineering Congress, Taipei, Taiwan, 2010.

[17] RondangTambun, Buku Ajar TeknologiOleokimia, USU, Medan, 2006.

[18] Shahidi, F (editor), Bailey’s Industrial Oil and Fat Product, Volume 1-6, Edisike-

6, A Wiley Interscience Publication, John Wiley &Sons, New York,2005.

[19] C. Barry Carter and M. Grant Norton. CermaicMaterials : Science and

Engineering. Springer, New York, 2013.


41

[20] R. Tambun, T. Motoi, M. Shimadzu, Y. Ohira and E. Obata, Size distribution

measurement of floating particles in the Allen region by a buoyancy

weighing– bar method, Advanced Powder Technology, 22, 548–552, 2011 .

[21] J. A. Boxall, C. A. Koh, E. D. Sloan, A. K. Sum and D. T. Wu, Measurement

and Calibration of Droplet Size Distributions in Water-in-Oil Emulsions by

Particle Video Microscope and a Focused Beam Reflectance Method, Ind.

Eng. Chem. Res. 49, 1412–1418,2010.

[22] E. Jurado, V. Bravo, F. Camacho, J. M. Vichariadan A. F. Arteaga, Estimation

of the distribution of droplet size, interfacial area and volume in emulsions,

Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 295, 91–98,2007.

[23] D.J. McClements, Food Emulsion : Principles, Practices, and Techniques,

Second Edition, (United States of America : CRC Press, 2005), hal. 5-6.

[24] M. Stewart dan K. Arnold, Emulsions and Oil Treating Equipment :

Selection, Sizing and Troubleshooting, (Oxford : Gulf Publishing, 2009), hal.

116-117. [25] J. Kinsella, Advances in Food and Nutrition Research,

Volume : 33 (California : Academic Press, Inc, 1989) , hal 169-171.

[25] E. O. Fridjonsson, B. F. Graham, M. Akhfash, E.F. May and M. L.

Johns, Optimized Droplet Sizing of Water-in-Crude Oil Emulsions Using

Nuclear Magnetic Resonance, Energy& Fuels, 28, 1756−1764, 2014.

[26] T. F. Tadros, Emulsion Science and Technology : A General

Introduction (Weinheim : Wiley-VCH, 2009), hal 1-3.

[27] B. P. Binks, Moders Aspects of Emulsion Science (United Kingdom : The

Royal Society of Chemistry, 1998), hal 2-3.

[28] J. Sjoblom, Encyclopedic Handbook of Emulsion Technology (New York :

Marcel Dekker, Inc, 2001), hal 1-2.


42

LAMPIRAN A

CONTOH PERHITUNGAN

Untuk perhitungan, diambil contoh data dari Metode Pengapungan Batang

yang menggunakan rasio perbandingan konsentrasi 99% Biodiesel : 1% Gliserol

dengan batang perunggu berbentuk silinder. Tabel LA.1 dibawah menujukkan data

massa batang dengan menggunakan Metode Pengapungan Batang

Tabel LA.1. Data Massa Batang Perunggu Dengan Metode Pengapungan Batang

Waktu

t (s)

Massa Batang

G (kg)

Waktu

t (s)

Massa Batang

G (kg)

Waktu

t (s)

Massa Batang

G (kg)

0 138,2665 270 138,3197 540 138,3199

10 138,2826 280 138,3197 550 138,3199

20 138,2986 290 138,3197 560 138,3199

30 138,3079 300 138,3197 570 138,3199

40 138,3116 310 138,3198 580 138,3199

50 138,3130 320 138,3198 590 138,3199

60 138,3134 330 138,3198 600 138,3199

70 138,3141 340 138,3198 610 138,3199

80 138,3156 350 138,3198 620 138,3199

90 138,3159 360 138,3198 630 138,3199

100 138,3161 370 138,3198 640 138,3199

110 138,3167 380 138,3198 650 138,3199

120 138,3167 390 138,3198 660 138,3199

130 138,3167 400 138,3198 670 138,3199

140 138,3177 410 138,3198 680 138,3199

150 138,3190 420 138,3198 690 138,3199

160 138,3196 430 138,3198 700 138,3199

170 138,3196 440 138,3198 710 138,3199

180 138,3196 450 138,3198 720 138,3199

190 138,3196 460 138,3198 730 138,3199

200 138,3196 470 138,3199 740 138,3199

210 138,3196 480 138,3199 750 138,3199

220 138,3196 490 138,3199 760 138,3199

230 138,3196 500 138,3199 770 138,3199

240 138,3197 510 138,3199 780 138,3200

250 138,3197 520 138,3199 790 138,3200

260 138,3197 530 138,3199 800 138,3200


43

L

LA.1 MENENTUKAN ESTIMASI DISTRIBUSI UKURAN GELEMBUNG

Ukuran gelembung ditentukan dengan persamaan (2.16),(2.17), dan (2.18)

Metode Stokes :

18 µL . v(x) x = √

g . (ρ – ρG ).........................................................................................(2.16)

Metode Allen :

1 225

1 μ

Lρ

L 3

x = φ

. v(x) . { 4 (ρ – ρ

2g2} ................................................................(2.17)

L G)

MetodeNewton :

v(x)2

. ρL x =

29,73 . g . (ρ – ρ G )

.................................................................................(2.18)

h v (x) =

t ......................................................................................................... (2.20)

dengan data sebagai berikut:

Tabel LA.2. Data Untuk 99% Biodiesel – 1% Gliserol

Viskositas Larutan, μL 0,0030258 kg/m.s

Panjang Batang, h 0,21 M

Percepatan Gravitasi, g 9,8 m/s2

Densitas Gelembung, ρG 1260 kg/m3

Densitas Larutan, ρL 867 kg/m3

Wadell’s shape factor φ 1

L


44

G

2

Maka, ukuran gelembung saat t = 500 detik adalah:

Metode Stokes

x = √ 18 . μ

L . h

g . (ρG

-ρL) . t

18 . 0,0030258 kg/ms . 0,21 m x = √

9,8 m/s2 . (1260 kg/m3- 867 kg/m3) . 500 s

x = 77,0675 µm

Metode Allen

1

1 x=

φ v(x) {

225

4

μLρ

L 3

} (ρ�-ρ

L) g2

1 0,21 m 225 1

0,0030258 kg

. 867 kg/m3 3

x = { ms

}

1 500 s 4 (1260 kg/m3- 867 kg/m3)2 . (9,8m/s2)2

x= 9,0329 µm

Metode Newton

v(x)2

. ρL x =

29,73 . g . (ρ – ρ ) L

0,21 m 2 867 kg/m3

x =( 500 s

)

29,73 . (9,8m/s2) . (1260 kg/m3- 867 kg/m3)

x= 0,0013 µm


45

LA.2 MENENTUKAN KUMULATIF MASSA GELEMBUNG

Penentuan kumulatif massa gelembung menggunakan persamaan (2.14) dan (2.15)

dG

Bt

GBt G t

Rt dt

........ ...............................................................(2.14)

R(x) G

Rt G

B0

GB G

B0

1 D(x) ........................................................... (2.15)


Tabel LA.3. Data Untuk 99% Biodiesel – 1% Gliserol Pada Waktu 500 detik

Massa batang saat t = 500 detik (GBt) 0,1383199 kg

Massa batang saat t = 501 detik (GBt) 0,1383199 kg

Massa batang saat t = 0 detik (GB0) 0,1382665 kg

Massa batang saat t akhir (GB∞) 0,1383200 kg

Maka:

dGBt

G

Bt G

Rt t dt

dGBt

G

Rt G

Bt

dt t

0,1383199 kg - 0,1383199 kg

GRt = 0,1383199 kg –( 501s - 500s

). 500s

GRt = 0,1383199 kg


46

Kumulatif Massa Oversize (R):

R(x) GB0 GRt

GB0 GB

0,1382665 kg - 0,1383199 kg R(x) = ( )

0,1382665 kg - 0,1383200 kg

R(x) = 0,9981

Kumulatif Massa Undersize (D):

D(x) = 1 – R(x)

D(x) = 1 – 0,9981

D(x) = 0,0019

Persentase D(x) = 0,0019 x 100%

Persentase D(x) = 0,19 %

Berdasarkan perhitungan yang dilakukan, maka didapatkan hasil distribusi ukuran

gelembung untuk rasio perbandingan 99% Biodiesel : 1% Gliserol yang ditunjukkan

pada Tabel LA.4 – LA.6 untuk ukuran gelembung dengan metode Stokes, metode

Allen dan metode Newton.

Tabel LA.4. Estimasi Distribusi Ukuran Gelembung metode Stokes

Ukuran Gelembung

x (µm)

Kumulatif Massa

Undersize D

1723,2834 1,0000

994,9381 0,9869

703,5275 0,9402

477,9528 0,8673

367,4052 0,5832

272,4750 0,2318

203,0909 0,1103

150,5640 0,0617

61,8224 0,0000


47

t

Tabel LA.5. Estimasi Distribusi Ukuran Gelembung metode Allen

Ukuran Gelembung

x (µm)

Kumulatif Massa Undersize D

564,5610 1,0000

322,6063 0,9458

167,2773 0,7178

115,8074 0,4561

110,1582 0,3850

92,1732 0,2243

74,0408 0,1234

28,7674 0,0075

5,8127 0,0000

Tabel LA.6. Estimasi Distribusi Ukuran Gelembung metode Newton

Ukuran Gelembung

x (µm)

Kumulatif Massa Undersize D

333,9213 1,0000

83,4803 0,9757

9,2756 0,9402

0,3475 0,3925

0,1725 0,1495

0,0195 0,0617

0,0006 0,0000

LA.3 MENENTUKAN BILANGAN REYNOLD

Bilangan Reynold dihitung dengan persamaan (2.19) :

v . x .ρG

h . x . ρG

NRe= μG

= μG

........................................................................ (2.19)



48

Tabel LA.7 Data Besaran Untuk 99% Biodiesel – 1% Gliserol

Viskositas Gelembung μG 0,00001 kg/m.s

Panjang Batang, h 0,21 m

Densitas Gelembung, ρG 1260 kg/m3

Ukuran Gelembung, d

(pada t = 2 s)

83,4803 x 10

-6

m

Ukuran Gelembung, d

(pada t= 500 s)

9,0329 x 10

-6

m

Bilangan Reynold saat t = 2 detik adalah:

h x d x ρ

0,21 x (83,4803 x 10

-6) x 1260

NRe= t G = 2

μG

0,00001

NRe= 8835,5581

Bilangan Reynold saat t = 500 detik adalah:

NRe=

h x d x ρ

t G =

μG

0,21 x (9,0329 x 10

-6) x 1260

500

0,00001

NRe= 0,4780

Pada detik ke = 2 diperoleh Bilangan Reynold sebesar 8835,5581 yang berada pada

rentang persamaan Newton

Pada detik ke = 500 diperoleh Bilangan Reynold sebesar 0,4780 yang berada pada

rentang persamaan Allen


49

LAMPIRAN B

DATA HASIL ANALISA

LB.1 GAS CHROMATOGRAPHY

Waktu (t) pengapungan = 200 detik


dengan Perbandingan 99% : 1


50

Waktu (t) pengapungan = 700 detik dengan perbandingan 99% : 1%


dengan Perbandingan 99% : 1%


51





52





53





54

LB.2 COULTER COUNTER

Gambar LB.6 Grafik Analisa DSD Beckman Coulter


55

Gambar LB.7 Data Analisa DSD Beckman Coulter


56

LAMPIRAN C

FOTO PERCOBAAN

LC.1 BATANG LOGAM

Gambar LC.1 Batang Logam

LC.2 BATANG PENGADUK

Gambar LC.2 Batang Pengaduk


57

LC.3 RANGKAIAN PERALATAN

Gambar LC.3 Rangkaian Peralatan



Documents

PENGARUH JENIS, BENTUK, DAN PANJANG BATANG DALAM …