LAPORAN TETAP

LABORATORIUM UNIT OPERASI

FLUID MIXING

OLEH :

KELOMPOK IV

1. Muhamad Saputra 03111003011

2. Bahiyah 03111003027

3. Dimasqi Taufik 03111003029

4. Dede Hadi Widianto 03111003031

5. Jesica Novita 03111003044

6. Soraya Rizky Ananda 03111003068

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

2014

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pencampuran merupakan salah satu proses yang sangat penting dan

mendasar dalam industri kimia. Hal ini dikarenakan banyak sekali proses pada

industri kimia yang melibatkan pencampuran sebagai prinsip dasar proses

tersebut. Pencampuran (mixing) adalah proses yang menyebabkan tercampurnya

suatu bahan ke bahan lain dengan bahan-bahan tersebut terpisah dalam fasa yang

berbeda. Dalam kimia, suatu pencampuran adalah sebuah zat yang dibuat dengan

menggabungkan dua zat atau lebih yang berbeda tanpa reaksi kimia yang terjadi,

sementara tidak ada perubahan fisik dalam suatu pencampuran, sifat kimia suatu

pencampuran seperti titik lelehnya dapat menyimpang dari komponennya.

Pencampuran dapat dipisahkan menjadi komponen aslinya secara mekanis.

Pencampuran dapat bersifat homogen atau heterogen.

Tujuan dari proses pencampuran yaitu mengurangi ketidaksamaan atau

ketidakrataan dalam komposisi, temperatur, atau sifat-sifat lain yang terdapat

dalam suatu bahan atau terjadinya homogenisasi, kebersamaan dalam setiap titik

dalam pencampuran. Dampak dari hasil pencampuran adalah terjadinya

homogenitas, kebersamaan dalam setiap titik dalam pencampuran. Dampak dari

hasil pencampuran adalah terjadinya keadaan serba sama, terjadinya reaksi kimia,

terjadinya perpindahan panas, dan perpindahan massa. Dan dampak tersebut

merupakan tujuan akhir dari suatu proses pencampuran.

Dalam praktek, operasi mixing hampir selalu multi fungsi yaitu ketika

proses dilakukan didalam tangki berpengaduk mekanis, pengaduk menjalankan

banyak tugas, sebagai contoh dalam tangki kristalisasi harus memperhatikan bulk

blending, heat transfer dan suspense kristal.

1.2. Rumusan Masalah

1. Bagaimanakah prinsip dan cara kerja fluid mixing apparatus?

2. Apa saja faktor yang mempengaruhi perbedaan pola aliran?

3. Bagaimanakah pengaruh penggunaan baffle dalam proses pencampuran?

4. Apa aplikasi fluid mixing dari skala industri, skala menengah dan skala lab?

1.3. Tujuan

1. Memahami prinsip dan cara kerja fluid mixing apparatus.

2. Mengetahui aplikasi dari fluid mixing apparatus.

3. Mengetahui faktor yang mempengaruhi perbedaan pola aliran.

4. Mengetahui pengaruh dari penggunaan baffle pada proses pencampuran.

1.4. Manfaat

1. Dapat mengetahui perbedaan pola aliran yang ditimbulkan oleh dua buah

impeller (Propeller dan turbin).

2. Dapat mengetahui faktor-faktor yang menyebabkan pola aliran yang berbeda,

seperti padatan yang digunakan, viskositas cairan, kecepatan putaran impeller,

dan lain sebagainya.

3. Dapat mengetahui perbedaan yang terjadi pada pencampuran liquid yang

menggunakan baffle dan tidak menggunakan baffle (tidak terbentuk vortex dan

terbentuk vortex).

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Mixing

Pencampuran atau mixing merupakan proses mencampurkan satu atau

lebih bahan yang menyebabkan distribusi acak suatu bahan ke bahan lainnya,

pada awalnya bahan-bahan tersebut terpisah dalam dua fase atau lebih. Hal ini

bertujuan untuk membuat suatu derajat keseragaman tertentu. Derajat

keseragaman ini berbeda-beda tergantung pada tujuan pencampuran yaitu

keseragaman dalam konsentrasi satu macam bahan atau lebih, keseragaman

temperatur, atau keseragaman fisik. Pencampuran fasa cair merupakan hal yang

cukup penting dalam berbagai proses kimia. Pencampuran fasa cair dapat dibagi

dalam dua kelompok. Pertama, pencampuran antara cairan yang saling tercampur

(miscible), dan kedua adalah pencampuran antara cairan yang tidak tercampur

atau tercampur sebagian (immiscible). Proses pencampuran dalam fasa cair

dilandasi oleh mekanisme perpindahan momentum di dalam aliran turbulen. Pada

aliran turbulen, pencampuran terjadi pada 3 skala yang berbeda, yaitu:

1. Pencampuran sebagai akibat aliran cairan secara keseluruhan (bulk flow) yang

disebut mekanisme konvektif.

2. Pencampuran karena adanya gumpalan-gumpalan fluida yang terbentuk dan

jatuh ke dalam medan aliran akibat adanya gaya gravitasi yang dikenal sebagai

eddies, sehingga mekanisme pencampuran ini disebut eddy diffusion.

3. Pencampuran dikarenakan oleh gerakan molekular yang merupakan

mekanisme pencampuran difusi.

Ketiga mekanisme ini terjadi secara bersama-sama, tetapi yang paling

menentukan adalah eddy diffusion. Meskipun eddy diffusion merupakan

pergerakan yang paling penting di antara ketiga pergerakan lainnya. Namun,

kedua pencampuran lainnya juga turut mempengaruhi keoptimalan dari proses

pencampuran. Mekanisme-mekanisme yang terjadi ini akan membedakan

pencampuran dalam keadaan turbulen daripada pencampuran dalam medan aliran

laminer.

Pengadukan atau agitation adalah proses yang menciptakan gerakan dari

bahan yang diaduk seperti molekul-molekul yang bergerak atau komponennya

menyebar yang gerakannya mempunyai semacam pola aliran sirkulasi.

Pengadukan dan pencampuran merupakan operasi yang penting dalam industri

kimia. Pencampuran (mixing) merupakan proses yang dilakukan untuk

mengurangi ketidakseragaman suatu sistem seperti konsentrasi, viskositas,

temperatur dan lain-lain.

Peralatan proses pencampuran merupakan hal yang sangat penting, tidak

hanya menentukan derajat homogenitas yang dapat dicapai, tapi juga

memengaruhi perpindahan panas yang terjadi. Penggunaan peralatan yang tidak

tepat dapat menyebabkan konsumsi energi berlebihan dan merusak produk yang

dihasilkan. Salah satu peralatan yang menunjang keberhasilan pencampuran ialah

pengaduk.

Secara khusus, proses pengadukan dan pencampuran digunakan untuk

mengatasi tiga jenis permasalahan utama, yaitu:

1) untuk menghasilkan keseragaman statis ataupun dinamis pada sistem multi

fase multi komponen.

2) untuk memfasilitasi perpindahan massa atau energi diantara bagian-bagian

dari sistem yang tidak seragam.

3) untuk menunjukkan perubahan fase pada sistem multi komponen dengan atau

tanpa perubahan komposisi.

2.2. Macam-macam Pencampuran

Pencampuran dapat terjadi di antara sistem campuran bahan-bahan yang

terbentuk padatan, cairan, dan gas. Sistemnya dapat berupa padat-padat, padat-

cair, padat-gas, cair-cair, cair-gas, dan gas-gas.

2.2.1. Pencampuran Padat-Padat

Pencampuran zat padat-padat merupakan pencampuran dua atau lebih dari

bahan padat banyak dijumpai yang akan menghasilkan produk komersial industri

kimia. Contohnya seperti pencampuran bahan pewarna dengan bahan pewarna

lainnya atau dengan bahan penolong untuk menghasilkan nuansa warna tertentu

atau warna yang cemerlang.

2.2.2. Pencampuran Padat-Cair

Bila zat padat disuspensikan ke dalam tangki yang diaduk secara merata

menggunakan suatu peralatan pengaduk, terdapat beberapa cara untuk

mendefinisikan kondisi suspensi itu. Proses yang berbeda akan memerlukan

derajat suspensi yang berlainan pula karena itu perlu digunakan definisi yang tepat

dan korelasi yang semestinya ketika merancang atau dalam penerapan ke skala

besar.

a) Mendekati suspensi penuh yaitu suspensi di mana masih terdapat sebagian

kecil kelompok-kelompok zat padat yang terkumpul di dasar dan pinggir

tangki.

b) Partikel bergerak penuh yaitu seluruh partikel berada dalam suspensi atau

bergerak di sepanjang dasar tangki.

c) Suspensi penuh atau suspensi di luar dasar yaitu seluruh partikel berada dalam

keadaan suspensi dan tidak ada di dasar tangki atau tidak berada di dasar

tangki selama lebih dari 1 atau 2 detik.

2.2.3. Pencampuran Padat-Gas

Pencampuran bahan padat dengan gas terjadi, misalnya pada proses

pengeringan, pemanggangan, ataupun pembakaran bahan-bahan padat. Permukaan

kontak bahan padat dengan gas selalu diusahakan seluas mungkin. Untuk maksud

ini bahan padat dialiri, ditembus atau dihanyutkan oleh gas, disemprotkan atau

difluidisasikan. Zat yang digunakan untuk tujuan ini seringkali dikenal dengan

bejana unggun terfluidisasikan.

2.2.4. Pencampuran Cair-Cair

Pencampuran zat cair-cair (miscible) di dalam tangki merupakan proses

yang berlangsung dengan sangat cepat dalam daerah turbulen. Impeller akan

menghasilkan arus kecepatan tinggi dan fluida itu mungkin dapat bercampur

dengan baik di sekitar impeller karena adanya aliran turbulensi yang realtif hebat.

Pada waktu arus itu melambat karena membawa serta zat cair yang lain dan

mengalir di sepanjang dinding, terjadi juga pencampuran radial sedang pusaran-

pusaran besar pecah menjadi kecil, tetapi tidak banyak terjadi pencampuran pada

arah aliran.

2.2.5. Pencampuran Cair-Gas

Dalam proses pencampuran gas dengan cairan, gas akan tersuspensi dalam

bentuk gelembung-gelembung kecil dengan tekanan tertentu. Sama seperti

pencampuran gas-padat, proses ini jarang dilakukan. Pencampuran ini misalnya

digunakan pada alat pengering sembur, pembakaran minyak pada menara-menara

linang (trickled tower). Persoalan dalam pencampuran ini umumnya ialah

bagaimana mendistribusikan cairan secara merata kedalam gas yang mengalir

kontinyu. Pada pencampuran gas dengan cairan akan terjadi tetesan ataupun

kabut.

2.2.6. Pencampuran Gas-Gas

Pencampuran gas dengan gas lain terutama dilakukan pada pembuatan

campuran bahan bakar yang berbentuk gas dalam alat pembakar dengan gas

(misalnya campuran bahan bakar-udara). Metode terpenting untuk mencampur gas

dengan gas adalah pencampuran dengan alat semprot atau injektor.

2.3. Jenis Pengadukan

Berdasarkan metodenya, pengadukan dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu

pengadukan mekanis, pengadukan hidrolis, dan pengadukan pneumatis.

1. Pengadukan mekanis adalah metode pengadukan menggunakan alat pengaduk

berupa impeller yang digerakkan dengan motor bertenaga listrik. Umumnya

pengadukan mekanis terdiri dari motor, poros pengaduk, dan gayung pengaduk

(impeller).

2. Pengadukan hidrolis adalah pengadukan yang memanfaatkan gerakan air

sebagai tenaga pengadukan. Sistem pengadukan ini menggunakan energi

hidrolik yang dihasilkan dari suatu aliran hidrolik. Energi hidrolik dapat berupa

energi gesek, energi potensial, atau adanya lompatan hidrolik dalam suatu

aliran.

3. Pengadukan pneumatis adalah pengadukan yang menggunakan udara (gas)

berbentuk gelembung yang dimasukkan ke dalam air sehingga menimbulkan

gerakan pengadukan pada air. Injeksi udara bertekanan ke dalam suatu badan

air akan menimbulkan turbulensi, akibat lepasnya gelembung udara ke

permukaan air. Makin besar tekanan udara, kecepatan gelembung udara yang

dihasilkan makin besar dan turbulensi pun juga besar.

2.4. Kecepatan Pengaduk

Salah satu variasi dasar dalam proses pengadukan dan pencampuran

adalah kecepatan putaran pengaduk yang digunakan. Secara umum klasifikasi

kecepatan putaran pengaduk dibagi tiga, yaitu : kecepatan putaran rendah, sedang

dan tinggi.

1. Kecepatan putaran rendah

Kecepatan rendah yang digunakan berkisar pada kecepatan 400 rpm.

Pengadukan dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk minyak kental,

lumpur yang terdapat serat atau pada cairan yang dapat menimbulkan busa.

Jenis pengaduk ini menghasilkan pergerakan batch yang sempurna dengan

sebuah permukaan fluida yang datar untuk menjaga temperatur atau

mencampur larutan dengan viskositas dan gravitasi spesifik yang sama.

2. Kecepatan putaran sedang

Kecepatan sedang yang digunakan berkisar pada kecepatan 1150 rpm.

Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk larutan sirup kental

dan minyak pernis.

3. Kecepatan putaran tinggi

Kecepatan tinggi yang digunakan berkisar pada kecepatan 1750 rpm. Pengaduk

dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk fluida dengan viskositas

rendah misalnya air.

2.5. Mechanically Agitated Vessel

Pada percobaan kali ini digunakan alat Fluid mixing apparatus dengan

impellernya. Impeller inilah yang membangkitkan pola aliran di dalam sistem

yang menyebabkan zat cair bersikulasi di dalam bejana.

2.5.1. Vessel

Vessel biasanya berbentuk tangki silinder vertikal yang nantinya diisikan

fluida dengan kedalaman yang sama dengan diameter tangki. Diameter vessel

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

untuk instalasi industri besar. Dalam beberapa sistem pengontakan gas atau cairan

yang memiliki kedalaman cairan sekitar 3 kali diameter tangki, maka akan

digunakan banyak impeller.

Bagian dasar tangki dapat berbentuk datar, lengkungan atau lancip

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

padat yang terlarut. Namun, bentuk yang sering digunakan adalah bentuk

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

yang terselip dan akan tercampur rata. 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.

2.5.2. Baffle

Penggunaan Baffle yang dipasang pada dinding vessel bertujuan 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,

Tabel 2.1. Kebutuhan Tenaga Pada Mechanically Agitated System

ProsesTenaga yang digunakan

(HP/1000 gal)

Pengadukan yang sangat tinggi:

Emulsifikasi

Disolving padatan

Disolving gas yang sedikit larut

Pengadukan yang tinggi:

Perpindahan panas yang cepat

Pengontakan

Pengadukan yang sedang:

Disolving gas yang larut (sedang)

Padatan yang tersuspensi

Pencucian

Perpindahan panas yang menengah

15-25

10-12

3-10

1,5-2,5

1,5-2,0

1,0-2,0

1,0-1,6

1,0-1,5

0,9-1,3

Pengadukan yang rendah:

Ekstraksi cairan

Kristalisasi

Stirring

Pencampuran

0,7-1,0

0,8-1,2

0,5-0,9

0,5-0,8

Baffle yang digunakan biasanya memiliki jarak yang sama sekitar 1-10

dari diameter tangki, sehingga secara kebetulan akan terdapat celah antara baffle

dengan dinding vessel. Baffle dipasang pada mixing vessel untuk menambah

turbulensi dan umumnya tidak digunakan pada cairan dengan viskositas tinggi

sehingga pembentukan vortex bukanlah menjadi masalah yang penting. 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.

2.5.3. Impeller

Impeller merupakan cakram bulat dari logam dengan lintasan untuk aliran

fluida yang sudah terpasang. Impeller biasanya terbuat dari perunggu,

polikarbonat, besi tuang atau stainless steel. Impeller berfungsi membangkitkan

pola aliran di dalam sistem, yang menyebabkan zat cair bersikulasi di dalam

bejana untuk akhirnya kembali ke impeller. Dari segi bentuknya, ada tiga jenis

impeller, yaitu: propeller (baling-baling), dayung (padle), dan turbin (turbine).

Masing-masing jenis terdiri lagi atas berbagai variasi dan sub-jenis. Ada lagi

jenis-jenis impeller lain yang dimaksudkan untuk kondisi-kondisi tertentu, namun

ketiga jenis ini dapat digunakan untuk menyelesaikan 95 persen dari semua

masalah agitasi zat cair. Penggunaan impeller di atas tergantung pada geometri

vessel (tangki, viskositas cairan):

a. Untuk viskositas yang <2000 cp, maka digunakan impeller dengan tipe

propeller.

b. Untuk viskositas antara 2000 cp-50.000 cp, maka digunakan impeller dengan

tipe turbin.

c. Untuk viskositas antara 100.000 cp-1.000.000 cp maka digunakan impeller

dengan tipe paddles

d. Untuk viskositas >1.000.000 cp maka digunakan impeller pencampuran khusus

seperti banburg mixer, kneaders, extrudes, digunakan sigama mixer, dan tipe

lain.

Kecepatan impeller standar yang digunakan untuk kepentingan komersil

(industri) adalah 34, 45, 56, 68, 84, 100, 125, 155, 190, dan 320 rpm. Tenaga yang

dibutuhkan biasanya tidak cukup untuk digunakan secara kontinyu untuk

mengatur gerakan steam turbin. Dua kecepatan driver mungkin dibutuhkan pada

saat torques awal sangat tinggi. Berikut ini akan dijelaskan mengenai macam-

macam impeller, yaitu:

1. Propeller

Propeller merupakan impeller yang digunakan untuk kecepatan pengadukan

tinggi dengan arah aliran aksial. Pengaduk ini dapat digunakan untuk cairan

yang memiliki viskositas rendah dan tidak bergantung pada ukuran serta bentuk

tangki. Propeller kecil biasanya berputar pada kecepatan motor penuh, yaitu

1.150 atau 1.750 rpm, sedangkan propeller besar berputar pada 400 sampai 800

rpm. Putaran propeller membuat pola helix di dalam zat cair dan satu putaran

penuh 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).

2. Paddle

Pengaduk jenis ini sering memegang peranan penting pada proses

pencampuran dalam industri. Bentuk pengaduk ini memiliki minimum 2 sudu,

horizontal atau vertikal, dengan nilai D/T yang tinggi. Paddle digunakan pada

aliran fluida laminar, transisi atau turbulen tanpa baffle. Posisi daunnya

vertikal, walaupun terkadang juga dapat dibuat miring. Pengaduk ini

menimbulkan aliran arah 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.

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

ini sangat efektif untuk mencegah terbentuknya endapan atau kerak pada

permukaan penukar kalor, seperti dalam bejana proses bermantel, tetapi tidak

terlalu efektif sebagai alat pencampur. Dalam industri, agitator dayung

biasanya memiliki kecepatan putaran antara 20 dan 150 rpm dengan 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.

3. Turbine

Istilah turbine diberikan bagi berbagai macam jenis pengaduk tanpa

memandang rancangan, arah discharge ataupun karakteristik aliran. Turbine

merupakan pengaduk dengan sudu tegak datar dan bersudut konstan. Turbin

biasanya efektif untuk jangkauan viskositas yang cukup luas. Pada cairan

berviskositas rendah, turbin menimbulkan arus yang sangat deras yang

berlangsung pada bejana. Di sekitar turbin terjadi daerah turbulensi yang kuat,

arus dan geseran yang kuat antar fluida. Arus utamanya bersifat radial dan

tangensial. Komponen tangensialnya menimbulkan vorteks dan arus putar,

yang harus dihentikan dengan menggunakan sekat (baffle) atau difuser agar

impeller itu menjadi sangat efektif. Beberapa di antara 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 dapat

berbentuk lurus, lengkung, bersudut, dan juga 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.

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. Ketiga komponen

itu yaitu:

1. Komponen radial yang bekerja pada arah tegak lurus terhadap poros impeller.

2. Komponen longitudinal, yang bekerja pada arah paralel dengan poros.

3. Komponen tangensial, atau rotasional, yang bekerja pada arah singgung

terhadap lintasan lingkar di sekeliling poros.

Gambar 2.1. Pola Aliran Fluida untuk Propeller Di Tengah Vessel Tanpa Baffle

Gambar 2.2. Pola Aliran Fluida untuk Propeller Di Tengah Vessel dengan Baffle,

Pola Aliran Aksial

Gambar 2.3. Pola Aliran Fluida untuk Propeller Di Tengah Vessel dengan Baffle,

Pola Aliran Radial

Gambar 2.4. Pola Aliran Fluida untuk Propeller Tidak Pada Posisi Di Tengah Vessel

Gambar 2.5. Posisi Agitator Pada Vessel

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 vorteks pada permukaan zat cair, dan karena

adanya sirkulasi aliran laminar, cenderung membentuk stratifikasi pada berbagai

lapisan tanpa adanya aliran longitudinal antara lapisan-lapisan itu.

Pengadukan pada kecepatan tinggi ada kalanya mengakibatkan pola aliran

melingkar di sekitar pengaduk. Gerakan melingkar tersebut dinamakan vorteks.

Vorteks dapat terbentuk di sekitar pengaduk ataupun di pusat tangki yang tidak

menggunakan baffle. Fenomena ini tidak diinginkan dalam industri karena

beberapa alasan. Pertama kualitas pencampuran buruk meski fluida berputar

dalam tangki. Hal ini disebabkan oleh kecepatan sudut pengaduk dan fluida sama.

Kedua udara dapat masuk dengan mudahnya ke dalam fluida karena tinggi fluida

di pusat tangki jatuh hingga mencapai bagian atas pengaduk. Ketiga, adanya

vorteks akan mengakibatkan naiknya permukaan fluida pada tepi tangki secara

signifikan sehingga fluida tumpah.

2.6. Jenis-jenis Mixer

2.6.1. Jet Mixer

Pencampuran dalam sebuah vessel dilakukan untuk viskositas rendah

dengan menggunakan jet nozzle yang dimasukkan dalam vessel dengan cairan

dengan viskositas tinggi dialirkan kedalam jet nozzle. Pompa digunakan untuk

mengeluarkan sebagian cair dari vessel dan dikembalikan melalui nozzle melalui

vessel. Transfer momentum dari jet viskositas tinggi menuju liquid dalam vessel

menyebabkan aksi pencmpuran sirkulasi dalam tangki.

2.6.2. In-line Static Mixer

In-line static mixers digunakan untuk operasi pencampuran dan pelarutan

dalam jumlah yang besar. Sebuah unit tetap diletakkan dalam sebuah pipa dan

pencampur dimasukkan oleh sistem pemompaan. Untuk kasus pencmpuran liquid

kental secara laminer, pencampuran dilakukan dengan mekanisme slicing dan

folding. Proses pencampuran ini memberikan peningkatan dalam produk

campuran sebagai jumlah dari elemen pencampuran yang diulang meningkat.

Dalam kasus pelarutan cair-cair dan cair-gas seperti mekanisme di atas tidak

berpengaruh dan biasanya operasi terjadi secara turbulen.

2.6.3. In-Line Dynamic Mixer

Operasi pencampuran membutuhkan produksi kontinyu dari padatan yang

dilarutkan dan emulsi, in-line dynamic mixers adalah salah satu bentuk mixer yang

dapat digunakan. Alat ini terdiri dari sebuah rotor dengan spin adalah kecepatan

tinggi di dalam sebuah casing dan umpan material dipompakan secara continue

menuju unit. Di dalam casing, shear force fluida yang tinggi digunakan pada

operasi pelarut.

2.6.4. Mills

Beberapa kegiatan kimia termasuk pelarutan padatan dan pengemulsian

tidak dapat dilakukan di dalam vessel yang dicampur secara mekanik karena tidak

mungkin dapat menurunkan tegangan tinggi untuk memecah partikel agregat

dalam memperoleh kualitas pelarutan atau menciptakan emulsi yang stabil. Mills

dapat digunakan dalam operasi pelarutan dengan pelarutan partikel dilakukan

dengan crushing atau shearing.

2.6.5. Unit Pelarutan dengan Kecepatan Tinggi

Tipe peralatan ini serupa dengan in-line dynamic mixer, tetapi dalam kasus

ini alat digunakan dalam sebuah vessel. Alat pencampur ini terdiri dari

rotor kecepatan tinggi di dalam vessel dengan fluida dimasukkan ke aksi shearing

intensif.

2.6.6. Extruders

Pelarutan dalam industri plastik biasanya dilakukan dalam extruders. Feed

yang biasanya mengandung polimer utama dalam bentuk granular atau bubuk,

bersama-sama dengan aditif seperti stabilizer, plastizer, pigmen berwarna, dan

lain-lain. Selama proses dalam extruders dikeluarkan pada tekanan tinggi dan laju

kontrol dari extruders untuk pembentukan.

BAB III

METODOLOGI

3.1. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan pada percobaan ini adalah:

Satu unit Fluid Mixing Apparatus yang dilengkapi dengan impeller berbeda

dengan baffle dan tanpa baffle.

Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah:

1. Pasir

2. Air

3. 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,

lebar 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 IV

HASIL PENGAMATAN

4.1. Ukuran Fluid Mixing

BaffleJenis

Impeller

Rp

mDt Di H W E Pola Aliran

Tidak

ada

Turbin

125 30 cm 15 cm 22 cm 4,6 cm14

cmRadial

225 30 cm 15 cm 22 cm 4,6 cm14

cmRadial

325 30 cm 15 cm 22 cm 4,6 cm14

cmRadial

Ada

125 30 cm 15 cm 22 cm 4,6 cm14

cmRadial

225 30 cm 15 cm 22 cm 4,6 cm14

cmRadial

325 30 cm 15 cm 22 cm 4,6 cm14

cmRadial

4.2. Gambar Pola Aliran yang Terlihat

BaffleJenis

Impeller125 rpm 225 rpm 325 rpm

Tidak

adaTurbin

Ada

4.3. Perhitungan

1. Jenis impeller yang digunakan adalah tipe disc-flat turbine.

Gambar 4.1. disc-flat turbine

2. Konversikan satuan masing-masing ukuran ke satuan yang sesuai:

a. Dt (diameter tabung) = 30 cm = 0,9843 ft

b. Di (diameter impeller) = 15 cm = 0,4921 ft

c. rpm (kecepatan putaran impeller) = 125 rpm = 2,0833 rps

= 225 rpm = 3,7500 rps

= 325 rpm = 5,4167 rps

d. H (tinggi larutan dari dasar tabung ke permukaan) = 22 cm = 0,7218 ft

e. W (lebar daun impeller) = 4,6 cm = 0,1509 ft

f. E (jarak dasar tabung ke impeller) = 14 cm = 0,4593 ft

g. L (panjang daun impeller) = 8 cm = 0,2625 ft

3. Perbandingan Di/Dt, E/Di, L/Di, dan W/Di:

DiDt

= 0,49210,9843

=0,4999

EDi

= 0,45930,4921

=0,9333

LDi

= 0,26250,4921

=0,5334

WDi

= 0,15090,4921

=0,3066

4. Perhitungan Reynold Number (NRe) dan nilai daya (Np):

N ℜ=Di

2 .rpm . ρμ

………………………………...(1)

Di = 0,15 m

rpm1 = 2,0833 rps

rpm2 = 3,7500 rps

rpm3 = 5,4167 rps

Asumsi temperatur 25oC:

μ = 8,9. 10-4 kg/m

Perhitungan ρ:

Massa Beker kosong = 271 gr

Massa Beker berisi sampel = 710 gr

Massa sampel = 439 gr

Volume beker = 400 m3

ρ sampel = mV

ρ sampel = 439 gr

400 m3 = 1,0975 gr/m3 = 1097,5 kg/m3

a. Tidak ada baffle

rpm1 = 2,0833 rps

N ℜ=Di

2 .rpm . ρμ

N ℜ=(0,15 m)2 .2,0833 rps .1097,5 kg/m3

8 , 9. 10−4 kg/m

N ℜ=5,7803. 104

rpm2 = 3,7500 rps

N ℜ=Di

2 .rpm . ρμ

N ℜ=(0,15 m)2 .3,7500 rps .1097,5 kg/m3

8 , 9. 10−4 kg/m

N ℜ=10,4046. 104

rpm3 = 5,4167 rps

N ℜ=Di

2 .rpm . ρμ

N ℜ=(0,15 m)2 .5,4167 rps . 1097,5 kg/m3

8 , 9. 10−4 kg/m

N ℜ=15,0291. 104

Perhitungan nilai Np dapat menggunakan grafik 6.5 dengan garis (g)

untuk impeller berupa flat-blade turbines tanpa baffle berikut ini:

(Sumber: Figure 6.5 Buku Mass- Transfer Operation Chapter 6. Treyball R.E.)

rpm1 = 2,0833 rps, N ℜ=5,7803. 104

Np = 1

rpm2 = 3,7500 rps, N ℜ=10,4046. 104

Np = 0,8

rpm3 = 5,4167 rps, N ℜ=15,0291. 104

Np = 0,76

b. Ada baffle

rpm1 = 2,0833 rps

N ℜ=Di

2 .rpm . ρμ

N ℜ=(0,15 m)2 .2,0833 rps .1097,5 kg/m3

8 , 9.10−4 kg/m

N ℜ=5,7803. 104

rpm2 = 3,7500 rps

N ℜ=Di

2 .rpm . ρμ

N ℜ=(0,15 m)2 .3,7500 rps .1097,5 kg/m3

8 , 9.10−4 kg/m

N ℜ=10,4046. 104

rpm3 = 5,4167 rps

N ℜ=Di

2 .rpm . ρμ

N ℜ=(0,15 m)2 .5,4167 rps . 1097,5 kg/m3

8 , 9.10−4 kg/m

N ℜ=15,0291. 104

Perhitungan nilai Np dapat menggunakan grafik 6.5 dengan garis (b)

untuk impeller berupa flat-blade turbines dengan baffle berikut ini:

(Sumber: Figure 6.5 Buku Mass- Transfer Operation Chapter 6. Treyball R.E.)

rpm1 = 2,0833 rps, N ℜ=5,7803. 104

Np = 4

rpm2 = 3,7500 rps, N ℜ=10,4046. 104

Np = 4

rpm3 = 5,4167 rps, N ℜ=15,0291. 104

Np = 4

5. Perhitungan daya:

P = Np . rpm3 . Di5 . ρ

gc

a. Tidak ada baffle

rpm1 = 2,0833 rps, N ℜ=5,7803. 104, Np = 1

P = 1.2,0833 rps3 .0,15 m5 .1097,5 kg/m3

1

P = 0,7536 watt

rpm2 = 3,7500 rps, N ℜ=10,4046. 104, Np = 0,8

P = 0,8.3,7500 rps3 . 0,15 m5 . 1097,5 kg/m3

1

P = 3,5160 watt

rpm3 = 5,4167 rps, N ℜ=15,0291. 104 , Np = 0,76

P = 0,76.5,4167 rps3 . 0,15m5 .1097,5 kg/m3

1

P = 10,0665 watt

b. Ada baffle

rpm1 = 2,0833 rps, N ℜ=5,7803. 104, Np = 4

P = 4. 2,0833 rps3 . 0,15 m5 .1097,5 kg /m3

1

P = 3,0142 watt

rpm2 = 3,7500 rps, N ℜ=10,4046. 104, Np = 4

P = 4.3,7500 rps3 . 0,15m5 .1097,5 kg /m3

1

P = 17,5798 watt

rpm3 = 5,4167 rps, N ℜ=15,0291. 104 , Np = 4

P = 4. 5,4167 rps3 . 0,15 m5 .1097,5 kg /m3

1

P = 52,9816 watt

6. Grafik daya vs kecepatan putaran:

a. Tidak ada baffle

125 225 3250

2

4

6

8

10

12

Grafik Daya vs Kecepatan Putaran

Kecepatan Putaran (rpm)

Daya

(watt

)

b. Ada Baffle

125 225 3250

10

20

30

40

50

60

Grafik Daya vs Kecepatan Putaran

Kecepatan Putaran (rpm)

Daya

(watt

)

BAB V

PEMBAHASAN

Fluid Mixing Apparatus ialah serangkaian alat yang terdiri dari vessel,

agitator, impeller, serta baffle yang digunakan untuk menunjukkan prinsip kerja

dari proses pencampuran dan pengadukan. Dari praktikum ini, praktikan dapat

lebih memahami perbedaan antara pencampuran dan pengadukan. Kedua proses

ini memiliki keterkaitan satu sama lain. Pencampuran ialah pendistribusian acak

suatu bahan ke bahan lainnya, sedangkan pengadukan ialah proses menciptakan

gerakan yang membuat partikel atau molekul dalam bahan bergerak dan

membentuk semacam pola sirkulasi. Untuk mencapai pencampuran yang

homogen, dilakukanlah pengadukan. Jadi, pengadukan merupakan bagian dari

pencampuran. Vessel atau biasa dikenal dengan tanki memiliki fungsi sebagai

wadah terjadinya pencampuran. Alat ini memiliki beragam jenis, seperti vessel

dengan dasar berbentuk datar, lengkungan, dan kerucut.

Dalam praktikum ini, digunakan vessel berbentuk silinder transparan

dengan dasar yang datar. Bagian lain dari rangkaian ini ialah agitator, alat

pengaduk campuran yang bagian bawahnya dihubungkan dengan impeller.

Impeller merupakan cakram yang biasanya terbuat dari logam dan berfungsi untuk

membentuk pola aliran dalam suatu pencampuran. Ada 3 macam impeller yang

biasa digunakan, terbagi berdasarkan tingkat viskositas dari campurannya. Jenis

pertama ialah propeller yang berbentuk baling-baling dan digunakan untuk

campuran dengan viskositas < 2.000 cp. Jenis kedua ialah turbine yang digunakan

untuk campuran yang berviskositas antara 2.000 cp hingga 50.000 cp, serta yang

terakhir ialah paddle, impeller berbentuk dayung untuk viskositas campuran

dengan range antara 100.000 cp dan 1.000.000 cp. Sedangkan, jika ingin

mencampurkan bahan dengan viskositas lebih tinggi, yaitu > 1.000.000 cp,

digunakan impeller khusus seperti mixer yang sering digunakan dalam rumah

tangga. Feed yang digunakan dalam praktikum kali ini ialah campuran air, garam,

dan pasir yang memiliki viskositas sedang sehingga impeller yang digunakan

ialah jenis turbine. Alat terakhir dalam apparatus ini ialah baffle. Alat ini bersifat

optional tergantung pada kebutuhan proses. Baffle berfungsi untuk mencegah

terjadinya pembentukan ruang udara (vortex) pada saat pengadukan dengan cara

mengurangi gaya sentripetal yang ditimbulkan oleh aliran fluida tersebut..

Biasanya, baffle digunakan untuk campuran yang berviskositas rendah seperti air,

karena potensi terbentuknya vortex yang cukup besar.

Ruang udara (vortex) merupakan suatu hal yang merugikan. Hal ini

dikarenakan vortex dapat membuat mixing menjadi tidak sempurna karena

partikel mengumpul di tengah vessel sehingga pencampuran lambat terjadi, tinggi

fluida pada tepi tanki mengalami kenaikan sehingga menyebabkan ia dapat

tumpah, serta masuknya udara dengan mudah karena tinggi fluida pada pusat

tanki jatuh hingga mencapai bagian atas impeller. Ada beberapa cara yang dapat

digunakan untuk meminimalisir terjadinya vortex, antara lain mengubah posisi

agitator yang semula tegak lurus dengan dasar tabung menjadi miring dengan

sudut 45-60 o dari dasar tabung, memosisikan agitator tidak pada pusat vessel,

namun di bagian kanan atau kiri, memasang agitator dari samping vessel hingga

sejajar dengan dasar tabung, serta dengan menggunakan baffle. Meskipun

penggunaan baffle dapat mencegah vortex, namun membutuhkan energi yang

lebih besar serta sulit untuk dibersihkan sehingga dalam kesehariannya jarang

dipakai untuk industri yang besar. Praktikum dilakukan beberapa kali dengan

variasi dalam kecepatan putaran dan dengan ada atau tidaknya baffle.

Dari pengamatan terlihat bahwa pola radial terbentuk jika mixing

dilakukan dalam vessel tanpa baffle, sedangkan untuk vessel dengan baffle pola

aliran fluida yang terbentuk bukan hanya radial namun juga aksial. Setelah

melakukan percobaan dan perhitungan data diperoleh nilai reynold dan daya yang

dibutuhkan untuk masing-masing variasi kecepatan. Semakin tinggi nilai rpm,

maka nilai reynoldnya semakin besar yang berarti aliran fluida semakin turbulen,

dan daya yang dibutuhkan akan semakin besar pula. Sedangkan jika ditinjau dari

segi penggunaan baffle, variasi kecepatan putaran tidak berpengaruh untuk nilai

reynoldnya, namun sangat berpengaruh pada daya yang dibutuhkan. Semakin

cepat putaran impeller, maka daya yang dibutukan akan semakin besar pula untuk

mixing dalam vessel dengan baffle.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

1. Prinsip dan cara kerja Fluid Mixing Apparatus adalah mencampurkan suatu

zat yang memiliki fase berbeda yang terdiri antara dua fase atau lebih yang

tidak bercampur (terpisah), dimana pada proses pencampuran ini terbentuk

pola aliran.

2. Pemilihan jenis impeller perlu diperhatikan jenis fluida, viskositas fluida,

diameter bejana (vessel), ukuran partikel solid.

3. Pada proses pencampuran sering terbentuk vortex (rongga udara) yang sangat

mempengaruhi hasil pencampuran, dimana jika terbentuk vortex maka

homogenitas pada pencampuran tidak tercapai.

4. Mencegah terbentuknya vortex pada proses pencampuran perlu ditambahkan

baffle (sekat), dimana baffle sangat mempengaruhi pola aliran pada proses

pencampuran dan dapat mempercepat proses pencampuran. Oleh karena itu

baffle hanya boleh dipakai untuk fluida yang memiliki viskositas rendah.

5. Kerugian menggunakan baffle yaitu energi yang diperlukan pada proses

pencampuran cukup besar dan pembersihan alat sangat diperhatikan.

5.2. Saran

Pada percobaan ini perlu diperhatikan jenis fluida yang akan dicampurkan

dengan impeller yang digunakan dimana kedua hal tersebut saling berkaitan.

Faktor kecepatan pengadukan juga perlu diperhatikan tergantung viskositas dari

fluida yang digunakan agar percampuran dapat berlangsung dengan baik.

DAFTAR PUSTAKA

Alam, Bahrul. 2012. Impeller. http://nikball.blogspot.com/2012/03/impeller.html.

(online) Diakses 1 Maret 2014.

Gustiayu S, Brilliant., RatnaS, Ayu., Nurtono, Tantular., Winardi, Sugeng.2012.

Simulasi Pola Aliran dalam Tangki Berpengaduk menggunakan Side-

Entering Impeller untuk Suspensi Padat-Cair. JURNAL TEKNIK

POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-4. http://digilib.its.ac.id/public/ITS-

paper-25884-2308100074-Paper.pdf (online) Diakses 1 Maret 2014.

Perry, RH and Chiton, CH. 1984. Chemical Engineering Hand Book 7 th edition.

Mc. Graw Hill Kogakusha Ltd: Tokyo.

Reynolds, Ton D. dan Richards, Paul, A. Unit Operations and Processes in

Environmental Engineering, 2nd edition , PWS Publishing Company, Boston

1996.

Saputra, Satriya. 2013. Pencampuran (MIXING).http://satriyasaputra.blogspot.-

com/2013/09/pencampuran-mixing.html. (online) Diakses 1 Maret 2014.

Treyball, Robert E. 1987. Mass Transfer Operation 3 rd edition. Mc. Graw Hill

Book Company: New York.

Welty, J.R., C.E. Wicks, R.E. Wilson. 1984. Fundamental of Momentum, Heat,

and Mass Transfer 3rd edition. John Wiley & Sons Inc: New York.