lap sedimentasi

23
LABORATORIUM PILOT PLANT SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2013/2014 MODUL : SEDIMENTASI PEMBIMBING : Dr. Ir. Bintang Iwhan M, MT Oleh : Kelompok : IV (Susulan) Nama : Fifin Mu’afiyah ,(121424013) Kelas : 2A PROGRAM STUDI DIPLOMA IV TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG Praktikum : 20 Mei 2014 Penyerahan : 28 Mei 2014 (Laporan)

Upload: mahasiswapolban

Post on 19-Jan-2016

213 views

Category:

Documents


9 download

DESCRIPTION

laporan sedimentasi jurusan teknik kimia POLBAN

TRANSCRIPT

Page 1: Lap Sedimentasi

LABORATORIUM PILOT PLANT

SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2013/2014

MODUL : SEDIMENTASI

PEMBIMBING : Dr. Ir. Bintang Iwhan M, MT

Oleh :

Kelompok : IV (Susulan)

Nama : Fifin Mu’afiyah ,(121424013)

Kelas : 2A

PROGRAM STUDI DIPLOMA IV TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH

JURUSAN TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2014

Praktikum : 20 Mei 2014

Penyerahan : 28 Mei 2014

(Laporan)

Page 2: Lap Sedimentasi

SEDIMENTASI

I. TUJUAN

Dapat menjelaskan pemisahan partikel dalam fluida menjadi fraksi masing-masing,

berdasarkan kecepatan pengendapan (kecepatan terminal) dengan proses sedimentasi

Menghitung kecepatan terminal dengan perhitungan slope garis singgung

II. LANDASAN TEORI

Sedimentasi adalah suatu proses yang bertujuan untuk memisahkan/mengendapkan

zat-zat padat atau tersuspensi non koloidal dalam air. Pengendapan dapat dilakukan dengan

memanfaatkan gaya gravitasi. Cara yang sederhana adalah dengan membiarkan padatan

mengendap dengan sendirinya. Setelah partikel - partikel mengendap maka air yang jernih

dapat dipisahkan dari padatan yang semula tersuspensi di dalamnya. Cara lain yang lebih

cepat dengan melewatkan air pada sebuah bak dengan kecepatan tertentu sehingga padatan

terpisah dari aliran air tersebut dan jatuh ke dalam bak pengendap. Kecepatan pengendapan

partikel yang terdapat di air tergantung pada berat jenis, bentuk dan ukuran partikel,

viskositas air dan kecepatan aliran dalam bak pengendap. Pada dasarnya terdapat dua jenis

alat sedimentasi yaitu jenis rectangular dan jenis circular. Proses sedimentasi dapat

dikelompokkan dalam tiga klasifikasi, bergantung dari sifat padatan di dalam suspensi:

1. Discrete (free settling)

pengendapan dari partikel-partikel discrete adalah dipegaruhi oleh gravitasi dan gaya

geser.

2. Flocculent

Kecepatan pengadukan dari partikel-partikel meningkat, dengan setelah adanya

penggabungan diantaranya.

3. Hindered/Zone settling

Kecepatan pengendapan dari partikel-partikel di dalam suspensi dengan konsentrasi

padatan melebihi 500 mg/l.

Bak sedimentasi umumnya dibangun dari bahan beton bertulang dengan bentuk

lingkaran, bujur sangkar, atau segi empat. Bak berbentuk lingkaran umumnya berdiameter

10,7 hingga 45,7 meter dan kedalaman 3 hingga 4,3 meter. Bak berbentuk bujur sangkar

Page 3: Lap Sedimentasi

umumnya mempunyai lebar 10 hingga 70 meter dan kedalaman 1,8 hingga 5,8 meter. Bak

berbentuk segi empat umumnya mempunyai lebar 1,5 hingga 6 meter, panjang bak sampai 76

meter, dan kedalaman lebih dari 1,8 meter.

Klasifikasi sedimentasi didasarkan pada konsentrasi partikel dan kemampuan partikel

untuk berinteraksi. Klasifikasi ini dapat dibagi ke dalam empat tipe (lihat juga Gambar 3.1),

yaitu:

Settling tipe I: pengendapan partikel diskrit, partikel mengendap secara individual dan

tidak ada interaksi antarpartikel

Settling tipe II: pengendapan partikel flokulen, terjadi interaksi antarpartikel sehingga

ukuran meningkat dan kecepatan pengendapan bertambah

Settling tipe III: pengendapan pada lumpur biologis, dimana gaya antarpartikel saling

menahan partikel lainnya untuk mengendap

Settling tipe IV: terjadi pemampatan partikel yang telah mengendap yang terjadi

karena berat partikel

Clear Water Region

Kedalaman

Discrete settling region

Flocculant settling region

Hindered settling region

Mekanisme sedimentasi

Bila suatu slurry di endapkan dengan gaya gravitasi menjadi cairan bening dan slurry

dengan konsentrasi padatan yang tinggi, prosesnya disebut sedimentasi. Metode untuk

menentukan settling velocity dan mekanisme settling, digunakan batch settling test

Page 4: Lap Sedimentasi

menggunakan slurry dengan konsentrasi homogen dalam tabung silinder. Seperti yang

terlihat pada gambar berikut :

ho t = 0 t1tn

h1

hn

1 – a 1 – b 1 - c

(a) Suspensi homogen awal (original)

(b) Zone pengendapan setelah beberapa waktu

(c) Pemadatan zone D setelah zone B dan C tidak muncul, berubah menjadi cairan

bening dan padatan

(d) Kurva/grafik tinggi antar permukaan cairan bening (z) vs waktu pengendapan (t)

Pada saat awal dalam tabung silinder terdiri dari suspensi zone B yang homogen

dengan konsentrasi C0 (gambar 1-a). Partikel dalam zone B mulai mengendap dengan laju

homogen dan muncul cairan bening zone A (gambar 1-b). Penurunan tinggi z konstan. Zone

D mulai muncul. Setelah beberapa waktu zone B makin berkurang, di atas zone B cairan

bening zone A makin bertambah, di bawah zone B muncul lapisan transisi C ( zone antara B

dan D ) dan zone D makin bertambah. Setelah pengendapan berakhir zone B dan C tidak

muncul lagi (gambar 1-c). Terjadi pemadatan zone D dengan ketebalan zone D dan tinggi

cairan bening zone A makin bertambah.

Perhitungan Terminal Settling Velocity

Pada gambar 1-d adalah grafik/kurve tinggi cairan bening antar permukaan (z) di plot

terhadap waktu pengendapan (t). Ditunjukan bahwa settling velocity, dimana slope dari garis,

pertama konstan, sampai pada titik kritis C. Settling velocity dihitung dari gambar koefisien

Page 5: Lap Sedimentasi

arah dari garis singgung pada gambar-d, pada saat t1, maka –dz/dt = v1. Pada titk dengan

tinggi z1 dan zi intersep dari garis singgung kurve :

v= zi−z1t 1−0

Konentrasi c1 adalah konsntrasi rata-rata suspensi pada tinggi slurry zi, dapat di hitung

dari :

C1= z 0z 1C 0

Dimana c0 = konsentrasi awal slurry kg/m3 dan z0 tinggi awal slurry (pada t = 0 )

Rumus-rumus untuk menghitung terminal settling velocity partikel di dalam fluida :

a. Pengendapan di zone laminar

Vt=g D2(ρp−ρ)

18 μ

b. Pengendapan di zone transisi

Vt=4 ( ρp−ρ )g Dp

3Cd ρ

Cd = 0,44 s/d 24/NRe

c. Pengendapan di zone turbulen

Vt=4 ( ρp−ρ )g Dp

3Cd ρ

Cd = 0,44

Dimana : g = percepatan gravitasi

Dp = diameter partikel

Ρ = densitas fluida

Ρp = densitas partikel

CD = koefisien gerak

µ = viskositas fluida

Page 6: Lap Sedimentasi

III. PERCOBAAN

III.1 Alat dan Bahan

Alat yang diperlukan Bahan yang diperlukan

Gelas kimia 1 L (3 buah)

Gelas Ukur 1 L (3 buah)

Spatula

Ember

Ayakan

Viskometer

Neraca teknis

Piknometer

Aquades

Kapur

Kertas timbang

III.2 Diagram Alir Kerja

III.3 Data Pengamatan

Diameter tabung : 6,6 cm

Tinggi tabung untuk 100 mL : 3 cm

Siapkan larutan kapur dengan berbagai konsentrasi (2%, 5%, 7%, 9% dan 11%) dalam gelas kimia 1 L

Ukur viskositas dan densitas masing-masing larutan

Masukkan masing-masing larutan dalam gelas ukur 1 L

Amati waktu pengendapan masing-masing larutan

Catat waktu pengendapan partikel setiap 100 mL

Page 7: Lap Sedimentasi

Berat piknometer kosong : 29,01 gr

Berat piknometer + air : 52,19 gr

Berat air : 23,18 gr

Volume aquades : 23,18 ml

Faktor finder : 1000 (2;8)

Kecepatan Viskometer : 50 rpm

Konsentrasi

Larutan

Berat Piknometer +

Larutan Kapur

2 % 52,48

5% 52,78

7% 53,10

9% 53,27

11% 53,66

Konsentrasi

Larutan

Viskositas yang

Terbaca oleh Alat

2 % 3,7

5% 4,2

7% 4,4

9% 4,7

11% 5,0

Page 8: Lap Sedimentasi
Page 9: Lap Sedimentasi

IV. PENGOLAHAN DATA

Perhitungan densitas Larutan

Konsentrasi

Larutan

Berat Piknometer +

Larutan Kapur

Berat Larutan

Kapur

Densitas Larutan (

Berat larutankapurVolume aquades

)

2 % 52,48 23,47 1,012511

5% 52,78 23,77 1,025453

7% 53,10 24,09 1,039258

9% 53,27 24,26 1,046592

11% 53,66 24,65 1,063417

Perhitungan Viskositas Larutan

Konsentrasi

Larutan

Viskositas yang

Terbaca oleh Alat

Viskositas Larutan

(cp)

2 % 3,7 29,6

5% 4,2 33,6

7% 4,4 35,2

9% 4,7 37,6

11% 5,0 40

Page 10: Lap Sedimentasi

Tinggi

(cm)

Waktu (detik)

CaCO3 2% CaCO3 5% CaCO3 7% CaCO3 9% CaCO3 11%

30 0 0 0 0 0

27 17 136 165 145 184

24 80 315 270 305 399

21 186 342 484 500 570

18 268 500 610 632 770

15 344 642 731 780 970

12 410 738 875 965 1154

9 484 808 1055 1130 1353

6 548 930 1200 1210 -

3 621 1043 1223 - -

Penentuan Kecepatan Terminal CaCO3 2%

0 100 200 300 400 500 600 7000

5

10

15

20

25

30

35

f(x) = − 0.0407199592777924 x + 28.544963954371R² = 0.993237956202152

Tinggi Permukaan Vs Waktu (CaCO3 2%)

Tinggi Permukaan Vs WaktuLinear (Tinggi Permukaan Vs Waktu)

Waktu (detik)

Ting

gi (c

m)

Kecepatan Terminal

V = - dzdt

= -0,040

V = 0,040 cm/det

V = 4.10-4 m/det

Penentuan Kecepatan Terminal CaCO3 5%

Page 11: Lap Sedimentasi

0 200 400 600 800 1000 12000

5

10

15

20

25

30

35

f(x) = − 0.0262099270634886 x + 30.7948942204267R² = 0.992270774080358

Tinggi Permukaan Vs Waktu (CaCO3 5%)

Tinggi Permukaan Vs Waktu (CaCO3 5%)Linear (Tinggi Permukaan Vs Waktu (CaCO3 5%))

Waktu (detik)

Ting

gi (c

m)

Kecepatan Terminal

V = - dzdt

= -0,026

V = 0,026 cm/det

V = 2,6.10-4 m/det

Penentuan Kecepatan Terminal CaCO3 7%

0 200 400 600 800 1000120014000

5

10

15

20

25

30

35

f(x) = − 0.0209307829681754 x + 30.3415267768544R² = 0.99245738797181

Tinggi Permukaan Vs Waktu (CaCO3 7%)

Tinggi Permukaan Vs Waktu (CaCO3 7%)Linear (Tinggi Permukaan Vs Waktu (CaCO3 7%))

Waktu (detik)

Ting

gi (c

m)

Kecepatan Terminal

V = - dzdt

= -0,020

V = 0,020 cm/detV = 2,0.10-4 m/det

Page 12: Lap Sedimentasi

Penentuan Kecepatan Terminal CaCO3 9%

0 200 400 600 800 1000120014000

5

10

15

20

25

30

35

f(x) = − 0.019098400979009 x + 30.025626483116R² = 0.996830428876611

Tinggi Permukaan Vs Waktu (CaCO3 9%)

Tinggi Permukaan Vs Waktu (CaCO3 9%)Linear (Tinggi Permukaan Vs Waktu (CaCO3 9%))

Waktu(detik)

Ting

gi (c

m)

Kecepatan Terminal

V = - dzdt

= -0,019

V = 0,019 cm/detV = 1,9.10-4 m/det

Penentuan Kecepatan Terminal CaCO3 11%

0200

400600

8001000

12001400

160005

101520253035

f(x) = − 0.0155192654048673 x + 29.9755041482854R² = 0.999760930883396

Tinggi Permukaan Vs Waktu (CaCO3 11%)

Tinggi Permukaan Vs Waktu (CaCO3 11%)Linear (Tinggi Permukaan Vs Waktu (CaCO3 11%))

Waktu (detik)

Ting

gi (c

m)

Kecepatan Terminal

V = - dzdt

= -0,015

V = 0,015 cm/detV = 1,5.10-4 m/det

Page 13: Lap Sedimentasi

Grafik konsentrasi CaCO3 terhadap kecepatan terminal

V (m/det) C (%)

0,0004 2

0,00026 5

0,0002 7

0,00019 9

0,00015 11

0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.00050

2

4

6

8

10

12

f(x) = − 34031.4136125654 x + 14.9675392670157R² = 0.906574542957686

Konsentrasi CaCO3 Vs Kecepatan Terminal

Konsentrasi CaCO3 Vs Kecepatan TerminalLinear (Konsentrasi CaCO3 Vs Kecepatan Terminal)

Kecepatan (m/s)

kons

entr

asi (

%)

V. PEMBAHASAN

Pada praktikum kali ini praktikan melakukan proses sedimantasi.

Sedimentasi merupakan suatu operasi yang mengurangi daya angkut dan daya

angkat air yang mengalir sehingga zat-zat tersuspensi dapat terendapkan oleh gaya

gravitasi dan endapan yang telah terjadi tidak terangkat kembali ke atas.

Praktikum sedimantasi ini bertujuan untuk dapat menjelaskan pemisahan partikel

dalam fluida menjadi fraksi masing-masing, berdasarkan kecepatan pengendapan

(kecepatan terminal) dengan proses sedimentasi, menjelaskan pemisahan

campuran partikel padat dengan mengggunakan fluida menjadi fraksi-fraksi murni

dan campuran berdasarkan perbedaan kecepatan pengendapan (kecepatan

Page 14: Lap Sedimentasi

terminal) dengan proses sedimentasi serta menghitung kecepatan terminal dengan

perhitungan slope garis singgung.

Percobaan sedimentasi ini merupakan suatu operasi yang mengurangi daya

angkut dan daya angkat air yang mengalir sehingga zat-zat tersuspensi dapat

terendapkan oleh gaya gravitasi dan endapan yang telah terjadi tidak terangkat

kembali ke atas. Proses sedimentasi kali ini dilakukan dengan sangat sederhana.

Kapur (CaCO3) yang dilarutkan dalam air disimulasikan sebagai limbah cair yang

akan diendapkan padatan terlarutnya. Larutan kapur dengan berbagai konsentrasi

(2%, 5%, 7%, 9% dan 11%) kemudian diendapkan dalam gelas ukur dan diamati

perubahan tinggi padatan yang mengendap terhadap waktu. Sebelum dilakukan

proses sedimentasi, larutan kapur terlebih dahulu diukur viskositas dan

densitasnya. Besar viskositas dan densitas larutan kapur berbanding lurus dengan

konsentrasinya. Semakin besar konsentrasi maka semakin besar pula densitas dan

viskositasnya.

Dari data pengamatan yang praktikan catat, maka diperoleh kurva tinggi

permukaan padatan terhadap waktu. Slope yang didapat dari kurva tersebut

merupakan kecepatan terminal dari masing-masing proses sedimentasi yang

dilakukan untuk setiap konsentrasinya. Pada sampel 1 (CaCO3 2%) kecepatan

terminalnya sebesar 4.10-4 m/det, sampel 2 (CaCO3 5%) kecepatan terminalnya

sebesar 2,6.10-4 m/det, sampel 3 (CaCO3 7%) kecepatan terminalnya sebesar

2,0.10-4 m/det, sampel 4 (CaCO3 9%) kecepatan terminalnya sebesar 1,9.10-4

m/det, dan sampel 5 (CaCO3 11%) kecepatan terminalnya sebesar 1,5.10-4 m/det.

Kecepatan terminal larutan kapur berbanding terbalik dengan konsentrasi.

Semakin tinggi kecepatan terminal suatu larutan maka semakin kecil konsentrasi

larutan tersebut. Karena semakin kecil konsentrasi maka waktu yang dibutuhkan

untuk melakukan pengendapan semakin cepat. Akan tetapi, waktu pengendapan

ataupun kecepatan terminal dapat diperbesar dengan penambahan koagulan pada

larutan yang akan dilakukan proses pengendapan (sedimentasi). Contoh dari

koagulan tersebut yaitu tawas. Dari pengolahan data yang praktikan buat,

diperoleh kurva yang menunjukkan bahwa konsentrasi berbanding terbalik dengan

kecepatan terminal , yaitu sebagai berikut :

Page 15: Lap Sedimentasi

0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.00050

2

4

6

8

10

12

f(x) = − 34031.4136125654 x + 14.9675392670157R² = 0.906574542957686

Konsentrasi CaCO3 Vs Kecepatan Terminal

Konsentrasi CaCO3 Vs Kecepatan TerminalLinear (Konsentrasi CaCO3 Vs Kecepatan Terminal)

Kecepatan (m/s)

kons

entr

asi (

%)

Dibandingkan dengan kelompok sebelumnya, proses pengendapan yang

dilakukan oleh kelompok ini relatif lebih lama. Hal ini disebabkan karena

perbedaan penggunaan bahan pelarut yang digunakan. Kelompok ini

menggunakan aquades sebagai pelarut dari kapur, sedangkan kelompok

sebelumnya menggunakan air keran sebagai pelarut.

Page 16: Lap Sedimentasi

VI. KESIMPULAN

Kecepatan terminal dari masing-masing konsentrasi larutan adalah sebagai

berikut :

V (m/det) C (%)

0,0004 2

0,00026 5

0,0002 7

0,00019 9

0,00015 11

Kecepatan terminal larutan kapur berbanding terbalik dengan konsentrasi,

semakin besar konsentrasi maka semakin kecil kecepatan terminalnya. Hal

ini dapat dibuktikan dengan kurva sebagai berikut :

0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.00050

2

4

6

8

10

12

f(x) = − 34031.4136125654 x + 14.9675392670157R² = 0.906574542957686

Konsentrasi CaCO3 Vs Kecepatan Terminal

Konsentrasi CaCO3 Vs Kecepatan TerminalLinear (Konsentrasi CaCO3 Vs Kecepatan Terminal)

Kecepatan (m/s)

kons

entr

asi (

%)

VII. DAFTAR PUSTAKA

Geankoplis, C., Transport Process and Unit Operation. Third Edition Prentice-

Hall Inc Englewood Clifts, New Jarsey, 1993.