laporan tetap fm
Post on 26-Dec-2015
46 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
LAPORAN TETAP
LABORATORIUM UNIT OPERASI
FLUID MIXING
DISUSUN OLEH :
DAVID SAPUTRA (03121003027)ADELLINA TENRI YULHAN (03121003050)ABDUL HAFIZ MUSLIM (03121003059)MAHDI (03121003085)TEGUH NOVRIYANSYAH (03121003090)LUSI MARSELINA (03121003091)
ASISTEN: DESTA HERFIAN
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
2014
BAB IPENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Pada suatu proses industri didalam suatu pabrik pastilah ada sebuah proses
pencampuran bahan baik itu bahan cair-cair, cair-padat, cair-gas, dan gas-padat.
Didalam proses ini kedua kondisi harus kita lakukan sebagaimana mestinya sesuai
dengan apa yang kita harapkan. Untuk contoh yang kuantitasnya atau jumlahnya
yang masih kecil, kita dapat menggunakan media seperti bejana, tangki, dan
kemudian semua bahan yang ada kita lakukan pencampuran didalam bejana atau
tangki, setelah itu lakukan pengadukan dengan menggunakan stir atau pengaduk
yang biasa terbuat dari kayu atau bahkan dengan bantuan teknologi tanpa tenaga
manusia.
Pada ruang lingkup kecil ini ada kemungkinan terjadinya suatu fenomena
homogenitas atau keseragaman dan semua itu tidak jadi masalah dan bisa saja
dilakukan. Akan tetapi pada saat kita melakukan pada ruang lingkup yang besar
yang mengoperasikan suatu pencampuran dengan kuantitas yang tinggi
(contohnya 150 ton) tentu kita akan mengalami kendala dan memerlukan solusi
yang cepat, tepat dan juga akurat. Oleh karena alasan-alasan itulah dibutuhkan
peralatan mixing yang membantu sesuai dengan fungsinya dengan keadaan
konstan, serta dapat diatur kecepatan pengadukannya untuk diperoleh hasil yang
optimal, serta kehomogenitasan yang tinggi, dan gerakan mixing dengan tenaga
yang dibutuhkan minimum. Keberhasilan suatu proses operasi kimia tergantung
pada efektifitas pencampuran dan pengadukan dari fluida Dengan kata lain,
Pengadukan (agitation) adalah pemberian gerakan tertentu sehingga menimbulkan
reduksi gerakan pada bahan, biasanya terjadi pada suatu tempat seperti bejana.
Gerakan hasil reduksi tersebut mempunyai pola sirkulasi. Akibat yang
ditimbulkan dari operasi pengadukan adalah terjadinya pencampuran (mixing) dari
satu atau lebih komponen yang teraduk. Tidak seperti unit pengoperasian yang
lainnya, proses pencampuran dibutuhkan untuk melakukan beberapa tugas seperti
pemompaan, perpindahan panas dan perpindahan massa secara cepat.
Ada beberapa tujuan yang ingin diperoleh dari komponen yang
dicampurkan, yaitu membuat suspensi, blending, dispersi dan mendorong
terjadinya transfer panas dari bahan ke dinding tangki. Pada industri kimia seperti
proses katalitik dari hidrogenasi, pengadukan mempunyai beberapa tujuan
sekaligus. Pada bejana hidrogenasi gas hidrogen disebarkan melewati fasa cair
dimana partikel padat dari katalis tersuspensi. Pengadukan juga dimaksudkan
untuk menyebarkan panas dari reaksi yang dipindahkan melalui cooling coil dan
jaket.
Tangki pengaduk terutama digunakan untuk reaksi-reaksi kimia pada
tekanan diatas tekanan atmosfer dan pada tekanan vakum, namun tangki ini juga
sering digunakan untuk proses yang lain misalnya untuk pencampuran, pelarutan,
penguapan ekstraksi dan kristalisasi. Dalam proses mixing ini digunakan impeller
sebagai mixer yang akan mencampurkan dua fase atau lebih yang terpisah. Ada
beberapa tipe impeller yang biasa digunakan antara lain: propeller, paddle dan
turbine. Arus yang ditimbulkan oleh gerakan impeller ini menyebabkan
terbentuknya vortex yang sangat tidak diinginkan dalam proses mixing. Untuk
mencegah terjadinya vortex ketika fluida diaduk dalam tangki silinder dengan
impeller yang berada pada pusatnya maka digunakan baffle atau sekat yang
dipasang pada dinding vessel. Baffle yang digunakan biasanya memiliki jarak
yang sama. Baffle biasanya tidak menempel pada dinding vessel sehingga secara
kebetulan akan terdapat celah antara baffle dengan dinding vessel.
1.2. Manfaat
1) Dapat mengetahui dan menambah wawasan darui prinsip dasar Fluid Mixing
Apparatus
2) Dapat mengetahui perbedaan pola aliran yang ditimbulkan oleh tiga buah
impeller yang berbeda (Propeller, Turbin dan Paddle)
3) Dapat mengetahui faktor-faktor yang menyebabkan pola aliran yang berbeda
seperti padatan yang digunakan, viscosity cairan yang digunakan, kecepatan
putaran dari impeller dan lain-lain
4) Dapat mengetahui pola aliran air dan pasir yang ditimbulkan dari pemakaian
baffle
1.3. Tujuan
1) Mengetahui prinsip dan cara kerja Fluid Mixing Apparatus
2) Mengetahui faktor yang mempengaruhi perbedaan pola aliran
3) Mengetahui pengaruh dari penggunaan baffle pada proses pencampuran
4) Mengetahui bentuk-bentuk impeller
5) Mengetahui perhitungan Fluid Mixing
1.4. Permasalahan
1) Bagaimanakah pengaruh jenis impeller pada suatu Fluid Mixing?
2) Apakah pola aliran dari ragam putaran impeller sama?.
3) Apakah ada pengaruhnya penggunaan baffle pada Fluid Mixing ?
4) Bagaimanakah pengaruh bahan yang digunakan terhadap proses Fluid
Mixing ?
5) Bagaimanakah kondisi yang optimal agar pencampuran dengan Fluid Mixing
berjalan lancar ?
BAB IIBAB IITINJAUAN PUSTAKATINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pencampuran dan Pengadukan
Pencampuran atau mixing adalah suatu peristiwa menyebarnya bahan-
bahan secara acak dimana bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain
dan sebaliknya, dimana bahan-bahan itu sebelumnya terpisah dalam dua fase atau
lebih. Sedangkan pengadukan atau agitation adalah gerakan yang terinduksi
menurut cara tertentu pada suatu bahan di dalam bejana, dimana gerakan itu
biasanya mepunyai semacam pola aliran sirkulasi. Pengadukan zat cair biasanya
dilakukan untuk berbagai maksud, tergantung dari tujuan langkah itu sendiri.
Tujuan pengadukan antara lain adalah: Untuk memilih suspensi partikel zat padat,
meramu zat cair yang mampu larut, misalnya metil alkohol dan air, untuk
menyebarkan gas didalam zat cair dalam bentuk gelembung kecil, untuk
menyebarkan zat cair yang tidak dapat bercampur dengan zat cair lain, sehingga
membentuk emulsi atau suspensi butiran-butiran halus, dan untuk mempercepat
perpindahan kalor antara zat cair dengan kumparan atau mantel kalor.
Kadang-kadang suatu proses pengadukan digunakan untuk beberapa
tujuan sekaligus, misalnya dalam hidrogenasi katalitik dan zat cair. Dalam bejana
hidrogenasi didispersikan melalui zat cair dimana terdapat partikel-partikel katalis
padat dalam keadaan suspensi, sementara kalor reaksi diangkut keluar melalui
kumparan atau mantel. Suatu proses pengadukan menunjukkan gerakan yang
terinduksi menurut cara tertentu pada suatu bahan di dalam bejana, dimana
gerakan itu biasanya mempunyai semacam sirkulasi.
2.2. Impeller
Pada percobaan kali ini digunakan alat Fluid Mixing Apparatus dengan
impellernya. Impeller inilah yang akan membangkitkan pola aliran didalam
sistem, yang menyebabkan zat cair bersikulasi didalam bejana untuk akhirnya
kembali ke impeller. Pengaduk/impeller, digunakan untuk mengaduk campuran,
jenis dari impeller beragam disesuaikan pada sifat dari zat yang akan
dicampurkan. Jenis-jenis impeller yang umumnya digunakan adalah: Tree-blades/
marine impeller digunakan untuk pencampuran dengan bahan dengan viscosity
rendah dengan putaran yang tinggi. Turbine with flat vertical blades impeller
digunakan untuk cairan kental dengan viscosity tinggi, horizontal plate impeller
digunakan untuk zat berserat dengan sedikit terjadinya pemotongan. Turbine with
blades are inclined impeller paling cocok digunakan untuk tangki yang dilengkapi
jaket pemanas, curve bade Turbines impeller efektif untuk bahan berserat tanpa
pemotongan dengan viskositas rendah, flate plate impeller digunakan untuk
pencampuran emulsi, cage beaters impart impeller cocok digunakan untuk
pemotongan dan penyobekan, anchore paddle impeller digunakan campuran
dengan viscosity sangat tinggi berupa pasta.
Ada dua macam impeller pengaduk: Impeller jenis pertama disebut
impeller aliran aksial (axial flow impeller), impeller jenis ini akan membangkitkan
arus sejajar dengan sumbu poros impeller sedang yang kedua disebut impeller
aliran radial (radial flow impeller) impeller aliran radial akan membangkitkan arus
pada arah tangensial atau radial. Impeller jenis pertama membangkitkan arus
sejajar dengan sumbu poros impeller, dan yang kedua membangkitkan arus pada
arah tengensial atau radial.
Dari segi bentuknya ada tiga jenis impeller: Propeller (baling-baling),
Dayung (Paddle), dan Turbin. Masing-masing jenis terdiri lagi atas berbagai
variasi dan sub-jenis. Ada lagi jenis-jenis impeller lain yang dimaksudkan untuk
situasi-situasi tertentu, namun ketiga jenis itu agaknya dapat digunakan untuk
menyelesaikan 95 persen dari semua masalah agitasi zat cair.
2.2.1. Propeller
Propeller merupakan impeller aliran aksial berkecepatan tinggi untuk zat
cair berviskositas rendah. Propeller kecil biasanya berputar pada kecepatan motor
penuh, yaitu 1150 atau 1750 putaran/menit, sedang propeller besar berputar pada
400-800 putaran/menit. Arus yang meninggalkan propeller mengalir melalui zat
cair menurut arah tertentu sampai dibelokkan oleh lantai atau dinding bejana.
Jenis yang paling banyak dipakai adalah propeller kapal berdaun tiga, sedang
propeller berdaun empat, bergigi, atau dengan rancang lain digunakan untuk
tujuan-tujuan khusus. Selain itu, kadang dua atau lebih propeller dipasang pada
satu poros, biasanya dengan arah putaran yang sama. Namun bisa juga dipasang
dengan arah yang berlawanan, atau secara tolak/tarik sehingga menciptakan zona
fluida yang sangat turbulen di antara kedua propeller tersebut.
2.2.2. Padle atau Dayung
Untuk tugas-tugas sederhana, impeller yang terdiri dari beberapa dayung
datar yang berputar pada poros vertikal merupakan pengaduk yang cukup efektif.
Desain daun-daunnya bisa dibuat miring, atau vertikal. Dayung ini berputar di
tengah bejana dengan kecepatan rendah sampai sedang, dan mendorong zat cair
secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya gerakan vertikal pada impeller
kecuali bila daunnya agak miring. Arus yang terjadi bergerak keluar kearah
dinding lalu membelok ke atas atau ke bawah.
Pada tangki-tangki yang dalam, kadang-kadang dipasang beberapa dayung
pada satu poros. Dalam beberapa rancangan, daunnya disesuaikan dengan bentuk
dasar bejana, yang mungkin bulat atau cekung, sehingga diharapkan dapat
mengikis atau menyapu seluruh permukaan. Pada kecepatan yang rendah, dayung
memberikan efek pengadukan sedang (medium) pada bejana tanpa sekat, namun
untuk kecepatan yang lebih tinggi diperlukan pemakaian sekat, sebab jika tidak
zat cair akan berputar-putar saja mengelilingi bejana tanpa adanya pencampuran.
2.2.3. Turbin
Pada dasarnya, turbin menyerupai dayung berdaun banyak dengan daun-
daunnya yang agak pendek, dan berputar pada kecepatan tinggi pada suatu poros
yang di pasang di pusat bejana. Daun-daunnya bisa lurus atau lengkung, bisa
bersudut atau vertikal Diameter impellernya biasa lebih kecil dari diameter
dayung, yaitu berkisar antara 30-50% dari diameter bejana. Turbin biasanya
efektif untuk menjangkau viskositas yang cukup luas.
Karena pemilihan pengaduk yang tepat juga menjadi salah satu faktor penting dalam
menghasilkan proses dan pencampuran yang efektif. Di dekat impeller akan terdapat
zona arus deras yang sangat turbulen dengan geseran yang kuat. Arus utamanya
bersifat radial dan tangensial. Komponen tangensialnya menimbulkan vortex
(cekungan) dan arus putar, yang harus dihentikan dengan menggunakan sekat atau
diffuser agar impeller itu menjadi sangat efektif.
Gambar 2.1. Jenis impeller (a) baling (b) turbin (c) disk turbine
2.2.4. Hellical-Ribbon
Jenis pengaduk ini digunakan pada larutan pada kekentalan yang tinggi
dan beroperasi pada rpm yang rendah pada bagian laminer. Ribbon (bentuk seperti
pita) dibentuk dalam sebuah bagian helical (bentuknya seperti baling-balling
helikopter dan ditempelkan ke pusat sumbu pengaduk). Cairan bergerak dalam
sebuah bagian aliran berliku-liku pada bagiam bawah dan naik ke bagian atas
pengaduk.
Gambar 2.2 Pengaduk Jenis (a), (b) & (c) Hellical-Ribbon, (d) Semi-Spiral
Jenis aliran di dalam bejana yang sedang diaduk bergantung pada jenis
impeller, karakteristik fluida, ukuran dimensi (proporsi) tangki, sekat dan
kecepatan putar. Kecepatan fluida pada setiap titik dalam tangki mempunyai tiga
komponen arah dan pola alir keseluruhan didalam tangki itu bergantung pada
variasi dari ketiga komponen arah kecepatan tersebut dari satu lokasi ke lokasi
lain. Komponen kecepatan yang pertama adalah komponen radial yang bekerja
pada arah tegak lurus terhadap poros impeller. Komponen kedua ialah komponen
longitudinal yang bekerja pada arah pararel dengan poros. Komponen ketiga
adalah komponen tangensial atau rotasional yang bekerja pada arah singgung
terhadap lintasan lingkar di sekeliling poros. Dalam keadaan biasa, di mana poros
itu vertikal, komponen radial dan tangensial berada dalam satu bidang horisontal,
dan komponen longitudinalnya vertikal. Komponen radial dan komponen
longitudinal sangat aktif dalam memberikan aliran yang diperlukan untuk
melakukan pencampuran. Bila poros itu vertikal dan terletak persis di pusat
tangki, komponen tangensial biasanya kurang menguntungkan. Arus tangensial itu
mengikuti suatu lintasan berbentuk lingkaran di sekitar poros, dan menimbulkan
vortex pada permukaan zat cair, dan karena adanya sirkulasi aliran laminar,
cenderung membentuk stratifikasi pada berbagai lapisan tanpa adanya aliran
longitudinal antara lapisan-lapisan itu.
Jika di dalam sistem itu terdapat pula partikel zat padat, arus sirkulasi itu
cenderung melemparkan partikel-partikel itu, dengan gaya sentrifugal, ke arah
luar, dan dari situ bergerak ke bawah, dan sesampai di dasar tangki, lalu ke pusat.
Karena itu, bukannya pencampuran yang berlangsung di sini, tetapi sebaliknya
pengumpulanlah yang terjadi. Jadi, karena dalam aliran sirkulasi zat cair begerak
menurut arah gerakan daun impeller, kecepatan relatif antara daun dan zat cair itu
berkurang, dan daya yang dapat diserap zat cair itu menjadi terbatas.
Dalam bejana yang tak bersekat, alir putaran itu dapat dibangkitkan oleh
segala jenis impeller, baik aliran aksial maupun yang radial. Jadi, jika putaran zat
cair itu cukup kuat, pola aliran di dalam tangki itu dapat dikatakan tetap,
bagaimanapun bentuk rancangan impeller. Pada kecepatan impeller tinggi vortex
yang terbentuk mungkin sedemikian dalamnya, sehingga mencapai impeller; dan
gas dari atas permukaan zat cair akan tersedot ke dalam zat cair itu. Makanya hal
demikian tidaklah dikehendaki.
Aliran tingkat (circulatory flow) dan arus putar (swirling) dapat dicegah
dengan menggunakan salah satu dari tiga cara di bawah ini. Dalam tangki-tangki
kecil impeller dipasang di luar sumbu tangki. Porosnya digeser sedikit dari garis
pusat tangki, lalu dimiringkan dalam suatu bidang yang tegak lurus terhadap
pergeseran itu. Dalam tangki-tangki yang lebih besar, agitatornya dipasang di sisi
tangki, dengan porosnya pada bidang horizontal, tetapi membuat sudut dengan
jari-jari tangki.
Penggunaan impeller diatas tergantung pada geometri vessel (tangki,
viskositas cairan). Untuk viskositas yang < 2000 cp, maka digunakan impeller
dengan tipe propeller. Untuk viskositas antara 2000 cp – 50.000 cp, maka
digunakan impeller dengan tipe turbin. Untuk viskositas antara 100.000 –
1.000.000 cp maka digunakan impeller dengan tipe dan paddles. Untuk viskositas
> 1.000.000 cp maka digunakan impeller pencampuran khusus seperti banburg
mixer, kneaders, extrudes, digunakan sigama mixer dan tipe lain.
Propeller merupakan impeller aliran aksial berkecepatan tinggi untuk zat
cair berviskositas rendah. Propeller kecil biasanya berputar pada kecepatan motor
penuh, yaitu 1.150 atau 1.750 rpm, sedang propeller besar berputar pada 400
sampai 800 rpm. Arus yang meninggalkan propeller mengalir melalui zat cair
menurut arah tertentu samapi dibelokkan oleh lantai atau dinding bejana. Kolom
zat cair yang berputar dengan sangat turbulennya itu meninggalkan impeller
dengan membawa ikut zat cair stagnan yang dijumpainya dalam perjalanannya
itu, dan zat cair stagnan yang terbawa ikut itu mungkin lebih banyak dari yang
dibawa kolom arus sebesar itu kalau berasal dari nosel stasioner. Daun-daun
propeller merobekkan menyeret zat cair itu. Oleh karena arus aliran ini sangat
gigih, agitator propeller sangat efektif dalam bejana besar.
Propeller yang berputar membuat pola heliks di dalam zat cair, dan jika
tidak tergelincir antara zat cair dan propeller itu, satu putaran penuh propeller
akan memindahkan zat cair secara longitudinal pada jarak tertentu, bergantung
dari sudut kemiringan daun propeller. Rasio jarak ini terhadap diameter
dinamakan jarak-bagi (pitch) propeller itu. Propeller yang mempunyai jarak bagi
1,0 disebut mempunyai jarak-bagi bujur-sangkar (square pitch).
Untuk tugas-tugas sederhana, agitator yang terdiri dari satu dayung datar
yang berputar pada poros vertikal merupakan pengaduk yang cukup efektif.
Kadang-kadang daun-daunnya dibuat miring, tetapi biasanya vertikal saja.
Dayung (padle) ini berputar di tengah bejana dengan kecepatan rendah sampai
sedang, dan mendorong zat cair secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya
gerakan vertikal pada impeller, kecuali bila daunnya agak miring. Arus yang
terjadi bergerak ke luar ke arah dinding, lalu membelok ke atas atau ke bawah.
Dalam tangki-tangki yang dalam, kadang-kadang dipasang beberapa dayung pada
satu poros, dayung yang satu di atas yang lain. Dalam beberapa rancang, daunnya
disesuaikan dengan bentuk dasar bejana, yang mungkin bulat atau cekung, piring,
sehingga dapat mengikis atau menyapu permukaan pada jarak sangat dekat.
Dayung (padle) jenis tersebut dinamakan agitator jangkar (anchor agitator).
Jangkar ini sangat efektif untuk mencegah terbentuknya endapan atau kerak pada
permukaan penukar kalor, seperti umpamanya, dalam bejana proses bermantel,
tetapi tidak terlalu efektif sebagai alat pencampur. Jangkar ini biasanya
dioperasikan bersama dengan dayung berkecepatan tinggi atau agitator lain, yang
biasanya berputar menurut arah yang berlawanan.
Agitator dayung yang digunakan di industri biasanya berputar dengan
kecepatan antara 20 dan 150 rpm. Panjang total impeller dayung biasanya antara
50 sampai 80 persen dari diameter-dalam bejana. Lebar daunnya seperenam
sampai sepersepuluh panjangnya. Pada kecepatan yang sangat rendah, dayung
dapat memberikan pengadukan sedang di dalam bejana tanpa-sekat, pada
kecepatan yang lebih tinggi diperlukan pemakaian sekat, sebab jika tidak, zat cair
itu akan berputar-putar saja mengelilingi bejana itu dengan kecepatan tinggi,
tetapi tanpa adanya pencampuran.
Beberapa di antara berbagai ragam bentuk rancang turbin adalah turbin
daun-lurus terbuka, turbin piring berdaun dan turbin piring lengkung vertikal.
Kebanyakan turbin itu menyerupai agitator-dayung berdaun banyak dengan daun-
daunnya yang agak pendek, dan berputar pada kecepatan tinggi pada suatu poros
yang dipasang di pusat bejana. Daun-daunnya boleh lurus dan boleh pula
lengkung, boleh bersudut, dan boleh pula vertikal. Impellernya mungkin terbuka,
setengah terbuka, atau terselubung. Diameter impeller biasanya lebih kecil dari
diameter dayung, yaitu berkisar antara 30 sampai 50 persen dari diameter bejana.
Turbin biasanya efektif untuk jangkau viskositas yang cukup luas. Pada
cair berviskositas rendah, turbin itu menimbulkan arus yang sangat deras yang
berlangsung di keseluruhan bejana, menabrak kantong-kantong yang stagnan dan
merusaknya. Di dekat impeller itu terdapat zona arus deras yang sangat turbulen
dengan geseran yang kuat. Arus utamanya bersifat radial dan tangensial.
Komponen tangensialnya menimbulkan vortex dan arus putar, yang harus
dihentikan dengan menggunakan sekat (baffle) atau difuser agar impeller itu
menjadi sangat efektif.
Vessel biasanya berbentuk tanki silinder vertikal dimana di dalamnya akan
diisikan fluida dengan kedalaman yang sama dengan diameter tanki. Tetapi pada
beberapa sistem pengontakan gas atau cairan dengan kedalaman cairan sekitar 3
kali diameter tangki maka akan digunakan banyak impeller. Diameter vessel
berkisar antara 0,1 meter untuk unit yang kecil hingga 10 meter ataupun lebih
untuk instalasi industri besar.
Bagian dasar tangki dapat berbentuk datar, lengkungan atau lancip
(kerucut) tergantung pada faktor kemudahan pada saat pengurasan atau pada zat
padat yang terlarut. Bentuk yang sering digunakan adalah bentuk lengkungan
karena sudut yang ada sangat minimalis sehingga zat padat tidak ada yang terselip
dan akan rata tercampur. Sedangkan jika bentuk kerucut (cone) yang digunakan
maka harus dipastikan bahwa pencampuran dapat dilakukan dengan sempurna
dengan cara menurunkan posisi impeller, Tetapi hal ini akan sangat berbahaya
jika impeller terlalu dekat dengan permukaan dinding vessel terutama jika sampai
bersentuhan akan mengakibatkan alat menjadi rusak.
Dalam kasus lainnya sering pula digunakan 2 buah impeller pada bagian
atas. Walaupun bawah vessel untuk memperoleh pencampuran yang sempurna.
Pada desain mixer atau settler untuk solvent extraction biasanya digunakan tanki
segi empat karena pertimbangan harga yang lebih murahh untuk kapasitas yang
besar dan juga lebih mudah mengkombinasikannya dengan settler.
Berikut ini pola aliran yang dihasilkan oleh jenis-jenis Impeller:
Propeller, Turbine, Paddle.
Jenis aliran di dalam bejana yang sedang diaduk bergantung pada jenis
impeller, karakteristik fluida, dan ukuran serta perbandingan (proporsi) tangki,
sekat, dan agitator. Kecepatan fluida dalam setiap titik dalam tangki mempunyai
tiga komponen, dan pola aliran keseluruhan di dalam tangki itu bergantung pada
variasi dari ketiga komponen itu dari satu lokasi ke lokasi lain. Komponen
kecepatan yang pertama ialah komponen radial yang bekerja pada arah tegak lurus
terhadap poros impeller. Komponen kedua ialah komponen longitudinal, yang
bekerja pada arah paralel dengan poros. Komponen ketiga ialah komponen
tangensial, atau rotasional, yang bekerja pada arah singgung terhadap lintasan
lingkar di sekeliling poros. Dalam keadaan biasa, di mana poros itu vertikal,
komponen radial dan tangensial berada dalam satu bidang horisontal, dan
komponen longitudinalnya vertikal. Komponen radial dan komponen longitudinal
sangat aktif dalam memberikan aliran yang diperlukan untuk melakukan
pencampuran. Bila poros itu vertikal dan terletak persis di pusat tangki, komponen
tangensial biasanya kurang menguntungkan. Arus tangensial itu mengikuti suatu
lintasan berbentuk lingkaran di sekitar poros, dan menimbulkan vortex pada
permukaan zat cair, dan karena adanya sirkulasi aliran laminar, cenderung
membentuk stratifikasi pada berbagai lapisan tanpa adanya aliran longitudinal
antara lapisan-lapisan itu. Jika di dalam sistem itu terdapat pula partikel zat padat,
arus sirkulasi itu cenderung melemparkan partikel-partikel itu, dengan gaya
sentrifugal, ke arah luar, dan dari situ bergerak ke bawah, dan sesampai di dasar
tangki, lalu ke pusat. Karena itu, bukannya pencampuran yang berlangung di sini,
tetapi sebaliknya pengumpulanlah yang terjadi. Jadi, karena dalam aliran sirkulasi
zat cair begerak menurut arah gerakan daun impeller, kecepatan relatif antara
daun dan zat cair itu berkurang, dan daya yang dapat diserap zat cair itu menjadi
terbatas. Dalam bejana yang tak bersekat, alir putaran itu dapat dibangkitkan oleh
segala jenis impeller, baik aliran aksial maupun yang radial. Jadi, jika putaran zat
cair itu cukup kuat, pola aliran di dalam tangki itu dapat dikatakan tetap,
bagaimanapun bentuk rancangan impeller. Pada kecepatan impeller tinggi vortex
yang terbentuk mungkin sedemikian dalamnya, sehingga mencapai impeller; dan
gas dari atas permukaan zat cair akan tersedot ke dalam zat cair itu. Makanya hal
demikian tidaklah dikehendaki.
Aliran tingkat (circulatory flow) dan arus putar (swirling) dapat dicegah
dengan menggunakan salah satu dari tiga cara di bawah ini. Dalam tangki-tangki
kecil impeller dipasang di luar sumbu tangki (eksentrik). Porosnya digeser sedikit
dari garis pusat tangki, lalu dimiringkan dalam suatu bidang yang tegak lurus
terhadap pergeseran itu. Pengaduk jenis baling-baling dengan aliran aksial dan pengaduk
jenis turbin dengan aliran radial menjadi pilihan yang lazim dalam pencampuran. Dalam
tangki-tangki yang lebih besar, agitatornya dipasang di sisi tangki, dengan
porosnya pada bidang horisontal, tetapi membuat sudut dengan jari-jari tangki.
Pola aliran adalah pola yang terbentuk pada fluida akibat adanya putaran
pengaduk, posisi pengaduk, dan jenis tangki yang digunakan. Arus putar
(Swirling) akan terbentuk jika posisi pengaduk diletakkan pada posisi center dan
pada tangki unbuffle. Pola aliran yang terbentuk pada tangki Unbuffel adalah
aliran tangensial yang dapat menyebabkan terbentuknya vortex (pusaran) dan
Swirling. Aliran tangensial akan menyebabkan kurang efektifnya waktu
pencampuran dan putaran pengaduk. Cara untuk mengatasi permasalahan
ini,adalah dengan pemasangan sekat. Pemasangan sekat sangat efisien untuk
mendapatkan hasil yang maksimal. Pemakaian tangki buffle dapat mangacaukan
aliran tangensial, sehingga terbentuk aliran acak yang dapat mempercepat
distribusi antara kedua bahan.
Pola aliran untuk tiap impeller akan berbeda tergantung pada bentuk
masing –masing dari impeller tersebut. Untuk 100 rpm dengan proses tanpa sekat
atau tahanan, ke 5 jenis impeller ini menghasilkan bentuk pola aliran tangensial
dan radial terhadap bidang rotasi pengaduk. Padahal dalam teori dinyatakan
bahwa untu jenis pengaduk propeller akan menhasilkan pola aliran aksial (sejajar
dengan sumbu putaran). Jadi bisa dikatakan tidak selalu pengaduk jenis propeller
akan menghasilkan pola aliran aksial, tergantung pada rpm nya. Karena jika rpm
nya diperbesar maka akan semakin tangensial lah bentuk pola alirannya.
Sedangkan untuk proses dengan menggunakan sekat, untuk ke 4 impeller ini
bentuk pola alirannya aksial dan radial pada dasar tangki kecuali untuk pengaduk
jenis propeller yang hanya menghasilkan pola aliran aksial Jadi fungsi sekat disini
adalah merubah pola aliran yang semula pola tangensial dan radial menjadi aksial
dan radial pada dasar tangki. Karena pola aliran tangensial sangat merugikan,
selain memakan waktu yang lama untuk pencampuran juga dapat melemparkan
keluar partikel-partikel jika kita menggunakan zat padat pada pencampuran
tersebut. Bisa disimpulkan sekat akan membantu mempercepat proses
pengadukan.
Waktu pencampuran untuk impeller jenis turbin datar, dayung dan baling-
baling 1/2 sangat bervariasi. Dari data hasil pratikum didapatkan untuk rentang
100 – 300 rpm untuk proses tanpa sekat, jika rpmnya diperbesar maka waktu
pencampurannya akan semakin lama. Karena akan mengasilkan pola aliran
tangensial sehingga jika di tetesi tinta cina, maka tinta cina akan terperangkap
pada aliran tangensial tersebut, sehingga menyebabkan proses pencampurannya
semakin lama. Kecuali pada Turbin datar. semakin besar rpm waktu
pencampurannya semakin cepat. Karena piring pada turbin ini akan berfungsi
sebagai sekat kecil yang akan mempercepat proses pencampuran Sedangkan untuk
proses menggunakan sekat jika rpmnya diperbesar waktu pencampurannya juga
akan semakin cepat. Bahkan jauh lebih cepat dibandingkan dengan proses tanpa
sekat. Karena sekat yang digunakan akan membuat pola aliran menjadi aksial.
Daya yang di butuhkan tiap impeller untuk proses pengadukan hingga
dicapai kondisi yang serba sama, juga berbeda tergantung kecepatan dari variasi
rpm. dari hasil penelitian yang didapat impeller jenis dayung lebih sedikit
menggunakan daya di bandingkan dengan dua impeller lainnya ( turbin datar dan
baling-baling 1/2 ). Karena daya yang dibutuhkan untuk proses pengadukan akan
dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya: diameter pengaduk, kekentalan
cairan, kerapatan cairan, percepatan grafitasi dan laju putar aliran.
BAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN
3.1. Alat dan Bahan
1) Satu unit Fluid Mixing Apparatus yang dilengkapi dengan impeller berbeda
dengan baffle dan tanpa baffle
2) Pasir
3) Air
4) Garam
3.2. Prosedur Percobaan
1) Siapkan Fluid Mixing apparatus sehingga dapat digunakan sebagaimana
mestinya
2) Ukurlah diameter vessel, diameter impeller, jarak impeller, dari dasar vessel,
lebah bilah impeller
3) Masukkan air, pasir dan garam ke dalam fluid Mixing apparatus, kemudian
pasang impeller dikehendaki
4) Hidupkan Fluid Mixing Apparatus dan aturlah kecepatan putaran impeller
50 rpm, 100 rpm, 200 rpm, 300 rpm, lakukan secara bergantian
5) Amati dan gambarkan pola aliran yang terjadi setiap kenaikkan kecepatan
putaran impeller dan hitung daya dari pengadukan tersebut
6) Ulangi percobaan diatas untuk impeller yang berbeda dan Fluid Mixing
Apparatus dengan baffle
BAB IVHASIL PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN
4.1. Hasil Pengamatan
BaffleJenis
ImpellerRpm Df Da H W E
Jenis Pola Aliran
Tidak
Turbine
13021,078
cm2,3 cm
30 cm
5 cm7,3 cm
Radial
27021,078
cm2,3 cm
30 cm
5 cm7,3 cm
Radial
32021,078
cm2,3 cm
30 cm
5 cm7,3 cm
Radial
Ada
13021,078
cm2,3 cm
30 cm
5 cm7,3 cm
Radial
27021,078
cm2,3 cm
30 cm
5 cm7,3 cm
Radial
13021,078
cm2,3 cm
30 cm
5 cm7,3 cm
Radial
4.2. Perhitungan
1) Konversikan satuan masing-masing ukuran ke konversi yang sesuai
Da ( diameter impeller ) = 2,3 cm = 0,07544 ft
n ( kecepatan putaran impeller ) = 130 rpm = 2,167 rps
= 270 rpm = 4,5 rps
= 320 rpm = 5,33 rps
Dt ( diameter tabung ) = 21,078 cm = 0,6915 ft
w ( lebar daun impeller ) = 5 cm = 0,164 ft
E ( jarak dasar tabung ke impeller ) = 7,3 cm = 0,23944 ft
H ( tinggi larutan dari dasar tabung ke permukaan ) = 30 cm = 0,9842 ft
L ( panjang daun impeller ) = 5 cm = 0,164 ft
2) Tentukan jenis impeller yang digunakan ?
Jenis impeller yang digunakan propeller bersekat
3) Hitung Reynold Number, NRe setelah itu cari nilai daya Np dari grafik (9-13
atau 9-14) buku OTK jilid 1 sesuaikan dengan pengamatan grafik
Da = 0,07544 ft
n = 2,167 rps
n = 4,5 rps
n = 5,33 rps
asumsi = 62,24 lb/ft3
= 5,98 . 10-4 lb/ft s
(sumber buku Mass- Transfer Operation Bab 6 bagian contoh soal 6.2 hal. 157,
Treyball R.E)
n = 2,167 rps
NRe = 1283,60 rps
Plot data pada Figure 6.5 buku Mass- Transfer Operation Bab 6; Treyball R.E,
diperoleh nilai daya Np;
Np = 1,21754
n = 4,5 rps
NRe = 2665,534 rps
Plot data pada Figure 6.5 buku Mass- Transfer Operation Bab 6; Treyball R.E,
diperoleh nilai daya Np;
Np = 0,88740
n = 5,33 rps
NRe = 3158,9543 rps
Plot data pada Figure 6.5 buku Mass- Transfer Operation Bab 6; Treyball R.E,
diperoleh nilai daya Np;
Np = 0,722
Masukkan ke rumus daya
n = 2,167 rps, Np = 1,21754
P = 1,80834 ft lbf/s
n = 4,5 rps, Np = 0,88740
P = 11,8205 ft lbf/s
n = 5,33 rps, Np = 0,722
P = 15,99896 ft lbf/s
BAB VPEMBAHASAN
Grafik Untuk Daya Vs Kecepatan Putaran
0
2
4
6
10
12
14
16
0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5
V (kecepatan putaran) RPS
P(Daya)ft lbf/s
Setelah selesai melakukan praktikum Fluid Mixing Apparatus ini, menjadi
semakin jelaslah mengenai apa yang menjadi tujuan dari praktikum ini. Terutama
dalam hal prinsip dan cara kerja dari Fluid Mixing Apparatus serta mengetahui
jenis daripada pola aliran yang terjadi. Pada percobaan kali ini digunakan alat
Fluid Mixing Apparatus dengan impellernya. Impeller inilah yang akan
membangkitkan pola aliran di dalam sistem, yang menyebabkan zat cair
bersikulasi di dalam bejana untuk akhirnya kembali ke impeller. Ada dua macam
impeller pengaduk, yaitu impeller aliran-aksial (axial-flow impeller) dan impeller
aliran-radial (radial-flow impeller). Impeller jenis pertama membangkitkan arus
sejajar dengan sumbu poros impeller, dan yang kedua membangkitkan arus pada
arah tengensial atau radial.
Pada proses pencampuran dengan mengunakan poros dengan arah vertikal
dan terletak persis di pusat tangki, komponen kecepatan fluida pada arah
tangensial dapat merugikan karena arus tangensial akan mengikuti lintasan
berbentuk lingkaran dan menimbulkan vortex pada permukaan zat cair. Dengan
adanya vortex ini, maka mixing menjadi tidak sempurna dikarenakan partikel
mengumpul di tengah vessel sehingga pencampuran lambat terjadi dan harus
dilakukan dengan putaran (rpm) tinggi. Di dalam bejana yang tak bersekat, aliran
putar yang dapat menimbulkan vortex dapat dibangkitkan oleh segala jenis
impeller baik aliran aksial maupun radial apabila beroperasi pada kecepatan
tinggi.
Untuk mencegah terjadinya pembentukan ruang udara (vortex) pada saat
cairan-cairan dengan viskositas rendah diaduk dalam tangki silinder vertikal
dengan impeller yang berada pada pusatnya, maka digunakanlah baffle yang
dipasang pada dinding vessel. Pada dasarnya, vortex terjadi karena adanya gaya
sentripetal yang ditimbulkan oleh perputaran poros impeller pada kecepatan tinggi
yang cenderung mengarah ke pusat poros. Dengan adanya baffle ini, maka gaya
sentripetal yang ditimbulkan oleh aliran fluida tersebut dapat dikurangi. Baffle
yang digunakan biasanya memiliki jarak yang sama sekitar 1 - 10 dari diameter
tangki.
Baffle biasanya tidak menempel pada dinding vessel sehingga secara
kebetulan akan terdapat celah antara baffle dengan dinding vessel. Baffle
umumnya tidak digunakan pada cairan dengan viskositas tinggi dimana
pembentukan vortex bukanlah menjadi masalah yang penting. Baffle dipasang
pada mixing vessel untuk menambah turbulensi. Walaupun penggunaan baffle
menaikkan jumlah tenaga atau energi, tetapi di sisi lain memilki keuntungan yaitu
terjadinya perpindahan panas secara terus menerus dan waktu yang dibutuhkan
untuk mencampur lebih cepat. Pada sistem berpengaduk propeller, memberikan
bentuk aliran yang bergerak secara aksial sehingga menabrak dasar silinder,
sehingga tidak terjadi penumpukan partikel di satu tempat, melainkan merata di
dasar dan acak. Sedangkan pada sistem berpengaduk turbin, memberikan bentuk
aliran yang menyebar ke arah dinding silinder kemudian bergerak ke dasar
silinder kemudian naik lagi ke arah impeller, dan penambahan kecepatan
berakibat pada penumpukan partikel sehingga sulit terjadi homogenitas. Untuk
mengatasinya, dipasang baffle sehingga vortex dapat dirusak dan mixing menjadi
lebih sempurna.
Dalam percobaan ini, kita menggunakan pasir sebagai parameter untuk
melihat pola aliran yang terjadi. Jumlah pasir yang digunakan akan berpengaruh
pada hasil pengamatan (secara kasat mata) terhadap bentuk dan pola aliran yang
sedang diaduk. Jika pasir yang digunakan terlalu sedikit, maka pola aliran yang
terbentuk tidak terlihat secara jelas.
BAB VIKESIMPULAN DAN SARAN
6.1. Kesimpulan
1. Pengadukan menggunakan propeller, menyebabkan aliran aksial.
2. Pengadukan menggunakan impeller, menyebabkan aliran aksial.
3. Semakin cepat pengadukan, maka semakin besar vortex yang terbentuk.
4. Kerugian akibat adanya vortex, pencampuran lambat terjadi, harus
menggunakan kecepatan pengadukan yang tinggi, pengadukan tidak homogen
karena partikel mengumpul di tengah vessel.
5. Jika densitas dan viskositas cairan lebih kecil maka yang terjadi vortex yang
terbentuk lebih besar.
6. Pengadukan dengan baffle dapat merendam vortex yang terbentuk.
7. Pengadukan dengan propeller menyebabkan vortex lebih kecil bila
dibandingkan dengan menggunakan turbin.
6.2. Saran
1. Peralatan yang ada di laboratorium diharapkan semuanya dapat beroperasi.
2. Kebersihan di laboratorium diharapkan lebih dijaga agar nyaman saat
praktikum.
3. Dalam penggunaan impeller disesuaikan dengan tingakat viskositas larutan.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2011. Fluid Mixing. http://duniaengineer.blogspot.com/2011/09/fluid-
mixing. html, (diakses pada tanggal 1 september 2014).
Gordon, Harward. 1998. Mixing Fundamentals. http://www.haywardgordon.com
usercontent/documentsmixingfundamentals.pdf, (diakses pada 2 September
2014).
Husni, Ahmad. 2012. Mixing Process.
http://ahmadhusnilubis.blogspot.com/2012 /02/pencampuran-bahan-
kimia-mixing-process.html, (diakses pada tanggal 9 September 2014).
Ilyas, Bakri. 2013. Pencampuran Fluida. http://learnmine.blogspot.com/2013/06/
tentang-fluida.html, (diakses pada tanggal 9 September 2014).
Kurniawan, Rahmat. 2011. Pengadukan dan Pencampuran. http://tekimku.
blogspot.com/2011/08/pengadukan-danpencampuran.html, (diakses pada
tanggal 2 september 2014).
top related