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 air dan kerosin, sekaligus diukur DSDdari air dalam kerosin.
3.1 BAHAN YANG DIGUNAKAN
1. Kerosin (ρ = 0,810 gr/cm3) 2. Air(ρ = 0,99708 gr/cm3)
3.2 PERALATAN YANG DIGUNAKAN
1. Neraca analitik PW 254 dengan ketelitian 0,0001 g dengan pengait di bawah 2. Pengaduk khusus, untuk menghomogenkan suspensi di awal percobaan
3. Gas Chromatography sebagai pembanding/menguji kemurnian hasil pemisahan air dan kerosin.
4. Coulter LS100 sebagai pembanding/menguji hasil.
Ilustrasi gambar peralatan dapat dilihat seperti pada gambar 3.1.
3.3 RANCANGAN PENELITIAN
Material sampel yang diteliti adalah campuran air dalam kerosin. Batang yang digunakan terbuat dari aluminium dengan bentuk silinder dan memiliki panjang 210 mm dan densitas : 2.70×103 kg/m3. Tabung yang digunakan memiliki diameter 60 dan 65 mm. Rancangan percobaan dapat dilihat pada Tabel 3.1 berikut.
Perlakuan penelitian dilakukan dengan mencampurkan air ke dalam kerosin pada suhu 298 K (suhu kamar) sehingga terbentuk dua lapisan sesuai dengan perbandingan konsentrasi tersebut di atas. Pada penelitian ini diukur lama pemisahan antara air dengan kerosin, dimana pada pemisahan ini akan terbentuk 2 lapisan, yaitu lapisan atas (kerosin) dan lapisan bawah (air), kemudian digunakan Metode Pengapungan Batang untuk menentukan lamanya pemisahan dan mengkaji DSD. Suhu ruangan dan suhu cairan adalah 298 K (suhu kamar). Semua campuran diaduk sebelum dilakukan pengukuran. Lama pengukuran maksimal adalah 2 jam dan data direkam setiap interval 1 detik.. Pada penelitian ini, DSD diukur berdasarkan persamaan Stokes dan persamaan Allen, sedangkan untuk mengetahui kemurnian dari air dan kerosin diuji dengan menggunakan metode Gas Chromatography (GC).
Untuk menyiapkan suspensi, 1000 ml campuran dimasukkan ke dalam gelas ukur. Dengan mengunakan tali/benang yang sangat ringan, batang digantung dari bawah neraca analitik. Setelah diaduk dengan pengaduk khusus, batang dimasukkan ke dalam suspensi, dan dicatat sebagai t = 0 detik. Hal ini berlangsung selama 1 jam. Setelah pengukuran selesai, DSD diukur berdasarkan teori pada Bab II.
Gambar 3.1 Skematik dari Peralatan Eksperimen Ket :
1. Neraca analitik (analytical balance) PW 254
3.4 FLOWCHART PENELITIAN
Ya
Tidak
Ya
Gambar 3.2 Flowchart Penelitian Tidak
Air dan kerosin dengan perbandingan 1% : 99% dimasukan ke dalam gelas ukur sebanyak 1000 ml, kemudian diaduk
Gelas ukur dimasukkan ke dalam rangkaian peralatan
Waktu dan massa dicatat hingga massa konstan
Dihitung waktu terpisahnya air dan kerosin
Dihitung DSD dari pemisahan air di dalam kerosin
Mulai
Apakah ada diameter batang dan diameter tangki yang lain ?
Apakah ada perbandingan konsentrasi air dan kerosin
yang lain ?
BAB IV
PEMBAHASAN
4.1 APLIKASI METODE PENGAPUNGAN BATANG TERHADAP
WAKTU PEMISAHAN DENGAN PENGARUH DIAMETER BATANG
Pada penelitian ini, aplikasi Metode Pengapungan Batang terhadap waktu pemisahan dilakukan pada perbandingan konsentrasi antara kerosin dengan air sebesar 99% : 1%; 98% : 2%; 97% : 3%; 96% : 4% dan 95% : 5% yang divariasikan dengan diameter ukuran batang.
4.1.1 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 99% Kerosin : 1% Air
Gambar 4.1 Grafik Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi 99% Kerosin : 1% Air dengan Pengaruh Diameter Batang
Pada awal proses, gelembung yang berukuran besar akan mengendap terlebih dahulu sehingga kenaikan massa batang yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka kenaikan massa batang mulai menjadi berkurang sampai tidak ada lagi perubahan atau massa batang menjadi konstan [30]. Untuk mengetahui kerosin dan air sudah terpisah dengan sempurna digunakan metode Gas Chromatography. Sampel yang diambil untuk menguji kadar kerosin adalah sampel pada detik ke-110 dan pada detik ke-1500. Pada detik ke-110 massa batang sudah mulai konstan menandakan bahwa kerosin dan air sudah terpisah tetapi belum
M
as
sa
b
at
a
n
g
(x
10
-6 k
g)
Waktu (detik)
sempurna dengan kadar kerosin sebesar 89,3359%. Namun, massa batang tersebut masih tetap meningkat secara perlahan sampai detik ke-1500 dengan kadar kerosin sebesar 98,9741% dari kadar awal kerosin sebesar 100%. Hal ini terjadi karena neraca analitik yang digunakan pada penelitian ini memiliki ketelitian hanya 0,0001 (4 desimal), sehingga batang menjadi konstan dengan waktu yang singkat.
Pada proses pemisahan ini, terdapat perbedaaan waktu pemisahan yang sangat kecil jika dibandingkan antara pemisahan air dalam minyak dengan menggunakan batang dan tanpa menggunakan batang. Hal ini terjadi karena adanya wall effect yang menyebabkan perbedaan waktu pemisahan.
Pada dasarnya, kadar kerosin untuk detik ke-110 dan detik ke-1500 adalah sama untuk semua variasi ukuran diameter batang, namun pada penelitian ini hanya pada batang 10 mm yang sudah mulai konstan pada detik 110 hingga detik ke-1500. Hal ini menunjukkan bahwa, batang dengan ukuran diameter 10 mm mampu mendeteksi perpindahan gelembung dibandingkan dengan diameter ukuran batang lainnya.
4.1.2 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 98% Kerosin : 2% Air
ke-120 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-900. Pada detik ke-900 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah.
Gambar 4.2 Grafik Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi 98% Kerosin : 2% Air dengan Pengaruh Diameter Batang
Pada proses pemisahan ini, terdapat perbedaaan waktu pemisahan yang sangat kecil jika dibandingkan antara pemisahan air dalam minyak dengan menggunakan batang dan tanpa menggunakan batang. Hal ini terjadi karena adanya wall effect yang menyebabkan perbedaan waktu pemisahan.
Pada penelitian ini, massa batang menjadi konstan dalam waktu yang singkat. Massa batang yang konstan menandakan bahwa kerosin dan air sudah terpisah, namun belum sempurna. Hal ini terjadi karena, neraca analitik yang digunakan hanya memiliki ketelitian 0,0001 (4 desimal). Pada awal proses, gelembung yang berukuran besar akan mengendap terlebih dahulu sehingga kenaikan massa batang yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka kenaikan massa batang mulai menjadi berkurang sampai tidak ada lagi perubahan atau massa batang menjadi konstan [30].
4.1.3 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 97% Kerosin : 3% Air
Gambar 4.3 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa batang untuk diameter batang 5 mm, 10 mm, 15 mm dan 20 mm dengan rasio perbandingan konsentrasi 97% kerosin : 3% air. Dari gambar berikut dapat dilihat bahwa pada diameter batang 20 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-133 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-800. Pada detik ke-800 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 15 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-124 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-900. Pada detik ke-900 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 10 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-129 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-750. Pada detik ke-750 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 5 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik 0 hingga detik ke-128 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-719. Pada detik ke-719 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah.
Gambar 4.3 Grafik Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi 97% Kerosin : 3% Air dengan Pengaruh Diameter Batang
Pada penelitian ini, massa batang menjadi konstan dalam waktu yang singkat. Massa batang yang konstan menandakan bahwa kerosin dan air sudah terpisah, namun belum sempurna. Hal ini terjadi karena, neraca analitik yang digunakan hanya memiliki ketelitian 0,0001 (4 desimal). Pada awal proses, gelembung yang berukuran besar akan mengendap terlebih dahulu sehingga kenaikan massa batang
Kerosin 97 % : Air 3 %
M
as
sa
b
at
a
n
g
(x 10
-6 k
g)
yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka kenaikan massa batang mulai menjadi berkurang sampai tidak ada lagi perubahan atau massa batang menjadi konstan [30].
4.1.4 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 96% Kerosin : 4% Air
Gambar 4.4 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa batang untuk diameter batang 5 mm, 10 mm, 15 mm dan 20 mm dengan rasio perbandingan konsentrasi 96% kerosin : 4% air.
Pada awal proses, gelembung yang berukuran besar akan mengendap terlebih dahulu sehingga kenaikan massa batang yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka kenaikan massa batang mulai menjadi berkurang sampai tidak ada lagi perubahan atau massa batang menjadi konstan [30].
Dari gambar berikut dapat dilihat bahwa pada diameter batang 20 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-150 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-1000. Pada detik ke-1000 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 15 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-134 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-759. Pada detik ke-759 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 10 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-132 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-750. Pada detik ke-750 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 5 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-146 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-917. Pada detik ke-917 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada penelitian ini, massa batang menjadi konstan dalam waktu yang singkat. Massa batang yang konstan menandakan bahwa kerosin dan air sudah terpisah, namun belum sempurna. Hal ini terjadi karena, neraca analitik yang digunakan hanya memiliki ketelitian 0,0001 (4 desimal).
menggunakan batang dan tanpa menggunakan batang. Hal ini terjadi karena adanya wall effect yang menyebabkan perbedaan waktu pemisahan.
Gambar 4.4 Grafik Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi 96% Kerosin : 4% Air dengan Pengaruh Diameter Batang
Kerosin 96 % : Air 4 %
M
as
sa
b
at
a
n
g
(x 10
-6 k
g)
4.1.5 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 95% Kerosin : 5% Air
Gambar 4.5 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa batang untuk diameter batang 5 mm,10 mm,15 mm dan 20 mm dengan rasio perbandingan konsentrasi 95% kerosin : 5% air.
Gambar 4.5 Grafik Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi 95% Kerosin : 5% Air dengan Pengaruh Diameter Batang
Kerosin 95 % : Air 5 %
M
as
sa
b
at
a
n
g
(x 10
-6 k
g)
Dari gambar berikut dapat dilihat bahwa pada diameter batang 20 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-200 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-1001. Pada detik ke-1001 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 15 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-164 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-1110. Pada detik ke-1110 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 10 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-146 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-815. Pada detik ke-815 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 5 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-150 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-618. Pada detik ke-618 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah.Pada penelitian ini, massa batang menjadi konstan dalam waktu yang singkat. Massa batang yang konstan menandakan bahwa kerosin dan air sudah terpisah, namun belum sempurna. Hal ini terjadi karena, neraca analitik yang digunakan hanya memiliki ketelitian 0,0001 (4 desimal).
4.2 APLIKASI METODE PENGAPUNGAN BATANG TERHADAP
ESTIMASI DISTRIBUSI UKURAN GELEMBUNG DENGAN
PENGARUH UKURAN DIAMETER BATANG
Pada penelitian ini, estimasi distribusi ukuran gelembung dilakukan pada perbandingan konsentrasi antara kerosin dengan air sebesar 99% : 1% dan 98% : 2% yang divariasikan dengan ukuran diameter batang.
4.2.1 Estimasi Ukuran Gelembung Pada Perbandingan Konsentrasi 99% Kerosin : 1% Air dengan Pengaruh Ukuran Diameter Batang
Gambar 4.6 berikut memberikan grafik distribusi ukuran gelembung dengan perbandingan massa batang terhadap waktu dengan rasio konsentrasi 99% kerosin : 1% air, dimana hasil data yang diperoleh diolah menggunakan perhitungan dengan metode hukum Stokes dan metode Allen dan dibandingkan dengan metode Coulter Counter.
(a) (b)
Gambar 4.6 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Perbandingan Konsentrasi 99% Kerosin : 1% Air dengan (a) Metode Hukum Stokes dan (b) Metode Allen
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 menggunakan metode Allen. Pada grafik tersebut dapat dilihat bahwa perhitungan dengan menggunakan metode Stokes lebih mendekati dengan hasil yang diperoleh pada metode Coulter Counter dibandingkan dengan metode Allen, hal ini dikarenakan gelembung yang dihasilkan oleh rasio konsentrasi 99 % kerosin : 1 % air memiliki Bilangan Reynold dengan
rentang yang berada pada aliran Stokes, yaitu Re < 0,2. Jadi, dapat disimpulkan bahwa metode Stokes lebih sesuai dibandingkan dengan metode Allen dalam mengukur distribusi ukuran gelembung dari rasio konsentrasi 99% kerosin : 1% air.
Percobaan ini menggunakan variasi ukuran diameter batang, untuk mengetahui ukuran diameter batang yang paling tepat dalam mengukur distribusi ukuran gelembung. Dari hasil perhitungan dengan menggunakan metode Stokes, distribusi ukuran gelembung pada diameter batang 10 mm dan 15 mm lebih mendekati hasil dari metode Coulter Counter dibandingkan dengan diameter 5 mm dan 20 mm. Jadi, dapat disimpulkan bahwa Metode Pengapungan Batang ini dapat digunakan untuk memberikan distribusi ukuran gelembung. Tabel 4.1 menunjukkan hasil ukuran gelembung yang didapat dari persamaan Allen dan Stokes dengan ukuran diameter batang yang digunakan.
Tabel 4.1 Ukuran Diameter Batang dan Ukuran Gelembung pada Konsentrasi 99% Kerosin : 1% Air
Ukuran Diameter Batang (mm)
Stokes Allen
Ukuran Gelembung (µµµµm) Ukuran Gelembung (µµµµm)
20 4,67-140,12 1,14-171,23
15 5,58-140,12 1,63-171,23
10 3,70-140,12 0,78-256,85
5 5,73-140,12 1,71-146,77
4.2.2 Estimasi Ukuran Gelembung Pada Perbandingan Konsentrasi 98%
Kerosin : 2% Air dengan Pengaruh Ukuran Diameter Batang
tersebut dapat dilihat bahwa perhitungan dengan menggunakan metode Allen lebih mendekati dengan hasil yang diperoleh pada metode Coulter Counter, hal ini dikarenakan gelembung yang dihasilkan oleh rasio konsentrasi 98 % kerosin : 2 % air memiliki bilangan reynold dengan rentang yang berada pada aliran Allen, yaitu Re = 0,2 – 500. Jadi, dapat disimpulkan bahwa metode Allen lebih sesuai dibandingkan dengan metode Stokes dalam mengukur distribusi ukuran gelembung dari rasio konsentrasi 98% kerosin : 2% air.
(a) (b)
Gambar 4.7 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Perbandingan Konsentrasi 98% Kerosin : 2% Air dengan (a) Metode Allen dan (b) Metode Hukum Stokes
Tabel 4.2 Ukuran Diameter Batang dan Ukuran Gelembung pada Konsentrasi 98%
4.3 APLIKASI METODE PENGAPUNGAN BATANG TERHADAP
ESTIMASI DISTRIBUSI UKURAN GELEMBUNG DENGAN
PENGARUH UKURAN DIAMETER TANGKI
Gambar 4.8 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Perbandingan Konsentrasi 99% Kerosin : 1% Air dengan Pengaruh Diameter Tangki
Gambar 4.8 menunjukkan grafik antara ukuran gelembung dengan kumulatif massa undersize, dengan Metode Coulter Counter dan Metode Pengapungan Batang. Metode Coulter Counter digunakan sebagai perbandingan untuk mengetahui keakuratan metode pengapungan batang. Penelitian ini menggunakan variasi ukuran diameter tangki, untuk mengetahui pengaruh ukuran diameter tangki terhadap distribusi ukuran gelembung dan untuk mengetahui ukuran diameter tangki yang paling tepat dalam mengukur distribusi ukuran gelembung. Ukuran diameter batang yang digunakan dalam penelitian ini adalah batang dengan ukuran diameter sebesar 10 cm dan tangki yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebesar 6 cm dan 6,5
cm dengan tinggi 35 cm. Tabel 4.3 menunjukkan hasil ukuran gelembung yang didapat dari persamaan Stokes dengan ukuran diameter tangki yang digunakan.
Tabel 4.3 Ukuran Diameter Tangki dan Ukuran Gelembung
Ukuran Diameter Tangki (cm) Ukuran Gelembung (µm)
6 4,10-140,12
6,5 3,70-140,12
Hasil yang diperoleh dari Metode Pengapungan Batang dengan pengaruh ukuran diameter tangki menunjukkan bahwa rentang hasilnya sebanding dengan hasil yang diperoleh dengan Metode Coulter Counter. Namun, hasil percobaan yang menggunakan ukuran diameter tangki 6,5 cm lebih mendekati daripada ukuran diameter tangki 6 cm. Hal ini dikarenakan bahwa ukuran gelembung semakin besar ketika rasio luas penampang lebih dari 0,2. Hal ini disebabkan oleh wall effect yang mempengaruhi kecepatan perpindahan dari gelembung. Dimana rasio luas penampang dapat dihitung dengan persamaan berikut :
luas area penampang, a ac=
luas penampang dari batang logam (a) luas penampang dari tabung (ac)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat di ambil dari penelitian yang telah di lakukan adalah: 1. Metode Pengapungan Batang dapat digunakan untuk menentukan waktu
pemisahaan kerosin-air pada rasio konsentrasi 99% : 1% dengan menggunakan diameter batang 10 mm. Kemurnian kerosin yang dihasilkan pada detik ke-110 sebesar 89,3359% dan pada detik ke-1500 didapat 98,9741% dari kadar awal kerosin sebesar sebesar 100%.
2. Metode pengapungan batang dapat mengukur distribusi ukuran gelembung dan hasilnya sebanding dengan metode coulter counter.
3. Metode pengapungan batang tidak dapat mengukur distribusi ukuran gelembung menggunakan diameter batang yang besar dengan diameter tangki yang kecil.
5.2 SARAN
Saran yang dapat di ambil dari penelitian yang telah di lakukan adalah:
1. Sebaiknya digunakan metode pembanding lain seperti metode karl fischer untuk melakukan pengujian kemurnian kerosin agar hasil metode Pengapungan Batang semakin diketahui keakuratannya.
2. Sebaiknya digunakan metode pembanding yang lebih banyak seperti metode laser diffraction/scattering dan metode microscopy untuk melakukan pengujian distribusi ukuran gelembung agar hasil Metode Pengapungan Batang semakin diketahui keakuratannya.
3. Sebaiknya digunakan personal komputer untuk mencatat data agar mendapatkan data yang lebih teliti.
