BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pengertian Pencampuran
Pencampuran merupakan proses mencampurkan satu atau lebih bahan
dengan menambahkan satu bahan ke bahan lainnya sehingga membuat suatu
bentuk yang seragam dari beberapa konstituen baik cair-padat, padat-padat,
maupun cair-gas. Komponen yang jumlahnya lebih banyak lebih banyak disebut
fase kontinyu dan yang lebih sedikit disebut fase disperse. (Fellows, 1988).
Menurut Kusdarini (1997), tujuan pencampuran dengan menggunakan alat
pencampur adonan (mixer) adalah untuk memperoleh adonan yang elastis dan
menghasilkan pengembangan gluten yang diinginkan. Alat pencampur ini terdiri
dari tempat untuk menampung bahan dan as stainless steel. As stainless steel yang bercabang tegak lurus berfungsi untuk mencampurkan bahan baku yang berputar
akibat adanya puli penggerak. Batang-batang pengaduk tersebut akan memecah
dan mengaduk bahan dengan meningkatkan pengacakan dan distribusi bahan,
sehingga terjadi pencampuran. Campuran tersebut akan membentuk adonan yang
kompak dan uniform.
Prinsip pencampuran bahan banyak diturunkan dari prinsip mekanika
fluida dan perpindahan bahan, karena pencampuran bahan akan ada bila terjadi
gerakan atau perpindahan bahan yang akan dicampur baik secara horizontal
ataupun vertikal. Ada dua jenis pencampuran, yaitu (1) pencampuran sebagai
proses terminal sehingga hasilnya merupakan suatu bahan jadi yang siap pakai,
dan (2) pencampuran merupakan proses pelengkap atau proses yang mempercepat
proses lainnya seperti pemanasan, pendinginan atau reaksi kimia.
Pada proses pencampuran diharapkan tercapai suatu derajat keseragaman
tertentu. Derajat keseragaman ini berbeda-beda tergantung pada tujuan
pencampuran yaitu keseragaman dalam konsentrasi satu macam bahan atau lebih,
keseragaman suhu, atau keseragaman fisik tepung. Pencampuran ini dapat terjadi
Peralatan pencampur dapat dibagi atau diklasifikasikan atas beberapa
kategori, yaitu:
1. Berdasarkan jenis bahan yang dicampur yaitu alat pencampur liquid, alat
pencampur padat, dan alat pencampur pasta
2. Berdasarkan jenis agitator, yaitu double cone mixer, ribbon blender, planetary mixers, danpropeller mixers.
2.1.1. Alat Pencampur Bahan Cair/liquid
Bahan cair diaduk untuk mencapai beberapa maksud, diantaranya (Mc
Cabe et al,1985) :
1. Mensuspensikan patikel padatan.
2. Menggabungkan bahan cair yang dapat saling bercampur.
3. Mendispersikan gas dalam bentuk gelembung halus
4. Mendispersikan bahan cair lain yang tidak dapat bercampur
5. Meningkatkan pindah panas antara bahan cair dan sumber panas.
Pengadukan bahan cair umumnya dilakukan dalam suatu bejana, biasanya
berbentuk silinder, yang memiliki sumbu vertikal. Bagian atas dari bejana bisa
terbuka terhadap udara atau dapat juga tertutup. Dasar bejana pada umumnya
dicekungkan, artinya tidak rata, agar tidak dihindari adanya sudut atau bagian
yang tidak bisa dipenetrasi oleh aliran fluida. Sebuah pengaduk (impeller) terakit
pada sumbu yang menggantung ke atas. Sumbu ini digerakkan oleh motor listrik
yang kadang-kadang langsung dihubungkan ke sumbu tetapi lebih sering melalui
kotak gear pengurang kecepatan. Perlengkapan tambahan seperti jalur masuk atau
keluar bahan, coil pemanas, jaket atau termometer rendam atau alat pengukur
suhu lainnya merupakan komponen tetap alat pencampur bahan cair ini.
Tiga tipe utama impeller adalah propeller (baling-baling), paddles (pedal),
dan turbin. Setiap tipe memiliki banyak variasi dan subtipe. Sekalipun masih
impeller, blades didisain sedemikian rupa untuk efektifitas pencampuran dan
disesuaikan dengan viskositas fluid. Pada jenis alat pencampur ini diusahakan
untuk dihindari tipe aliran monoton yang berputar melingkari dinding tangki ,
penambahan sekat-sekat (baffles) pada dinding tangki juga dapat menciptakan
pengaruh pengadukan, namun menimbulkan masalah karena sulit
membersihkannya.
2.1.2. Alat Pencampur Bahan Padat
Pada umumnya, untuk mencampur bahan-bahan berpartikel padat
digunakan mesin pencampur yang lebih ringan daripada bahan viscous.Dalam hal
ini digunakan ribbon blender dan double cone mixers. Ribbon blender terdiri dari
silinder horizontal yang di dalamnya dilengkapi dengan ”screw” berputar dan pengaduk pita berbentuk heliks. Dua pita yang bergerak berlawanan dirakit pada
sumbu yang sama. Yang satu menggerakkan padatan perlahan kesatu arah,
sedangkan yang lain menggerakkannya dengan cepat ke arah lain. Pita-pita bisa
kontinyu maupun terputus-putus. Pencampuran dihasilkan oleh turbulensi yang
diinduksi oleh pengaduk yang beraksi berlawanan, jadi tidak oleh gerakan lamban
padatan sepanjang rongga aduk. Beberapa ribbon blender beroperasi secara batch
yaitu dengan membuat padatan sekaligus dan mengaduknya sampai tercampur
rata. Ribbon blender tipe lain bekerja secara kontinu yaitu bahan padatan
diumpankan pada salah satu ujung rongga aduk dan dikeluarkan pada ujung
lainnya. Ribbon blender adalah pencampur yang efektif untuk tepung-tepungan
yang tidak mengalir dengan sendirinya. Beberapa unit batch memiliki kapasitas
yang sangat besar sehingga mampu memuat sampai 9000 galon bahan padat.
Kebutuhan daya umumnya berukuran sedang.
Planetery mixer merupakan alat pencampur bahan padat yang bekerja
berdasarkan perputaran planet dimana beater berputar mengitari bowl sedangkan
bowl tidak berputar sehingga menghasilkan adonan yang lembut dan merata.
Double cone blender adalah alat pencampur yang terdiri dari 2 kerucut
yang berputar pada porosnya, jika kerucut berputar maka tepung granula berada di
dalam granula yang berada di dalam volume kerucut akan teragitasi dan
tercampur. Pencampuran tipe ini memerlukan energi dan tenaga yang lebih besar.
Oleh karena itu diperhatikan jangna sampai energi yang dikonsumsi diubah
menjadi panas yang dapat menyebabkan terjadinya kenaikan temperatur dari
produk. Jenis alat pencampur adonan kadang-kadang harus dilengkapi dengan alat
pendingin.
Yang umum ditemui yaitu kneader yang berbentuk sigmoid yang berputar
didalam suatu ”can” atau ”vessel” dengan berbagai kecepatan. Prinsip dari alat ini adalah disamping mencampur juga mengadon yaitu membagi, mematahkan dan
selalu membuat luas permukaan yang baru sesering mungkin terhadap adonan.
2.1.3. Alat Pencampur Bahan pasta/viscous
Dibandingkan dengan pencampuran pada bahan cair, proses pencampuran
pada bahan viscous memerlukan tenaga yang lebih banyak.Hal ini disebabkan
oleh kenyataan bahwa pada bahan viscous dan juga bahan padat tidak mungkin
terbentuk aliran yang dapat memindahkan bagian yang belum tercampur ke
daerah pencampuran di sekitar impeller seperti pada pengadukan bahan cair.
Pada pencampuran bahan viscous seluruh bahan yang akan dicampur harus
dibawa ke pengaduk atau pengaduknya sendiri yang mendatangi seluruh bagian
campuran. Aksi pada mesin-mesin pencampuran merupakan kombinasi shear
berkecepatan rendah, penyapuan (wiping), pelipatan (folding), pelemasan
(stretching, dan penekanan (compressing). Energi mekanik diaplikasikan oleh
komponen-komponen yang bergerak langsung pada massa bahan.
Diantara mesin pencampur pasta yang relatif dikenal adalah change-can
stationer.Pengaduknya memiliki gerakan melingkar sehingga ketika berputar
secara berulang mendatangi seluruh bagian dari bejana.
Mixer merupakan salah satu alat pencampur dalam sistem emulsi sehingga menghasilkan suatu dispersi yang seragam atau homogen. Terdapat dua jenis
mixer yang berdasarkan jumlah propeler-nya (turbin), yaitu mixer dengan satu
propeller dan mixer dengan dua propiller. Mixer dengan satu propeller adalah
mixer yang biasanya digunakan untuk cairan dengan viskositas rendah. Sedangkan
mixer dengan dua propiller umumnya diigunakan pada cairan dengan viskositas tinggi. Hal ini karena satu propeller tidak mampu mensirkulasikan keseluruhan massa dari bahan pencampur (emulsi), selain itu ketinggi emulsi bervariasi dari
waktu ke waktu (Suryani, dkk., 2002).
Gerakan pencampuran pada mixer bahan baik secara horizontal maupun secara vertikal tersebut dapat bervariasi bergantung dari jenis pengaduk/ propeller
yang digunakan, sehingga hasil yang didapat akan bervariasi pula. Peralatan
Pencampur dengan menggunakan satu pengaduk/ propeller biasanya digunakan untuk mengaduk bahan dengan viskositas rendah, sedangkan peralatan pengaduk
dengan lebih dari satu propeller digunakan untuk mengaduk bahan dengan viskositas tinggi.
Hal ini sesuai dengan pendapat Handoko (1992), yang menyatakan bahwa
satu prinsip penerapan untuk mencampur bahan dengan viskositas yang tinggi dan
berbentuk pasta adalah kinerja yang tergantung pada kontak langsung antara material pencampur dengan bahan yang akan dicampur. Untuk bahan dengan
viskositas tinggi dan berbentuk pasta ini banyak menggunakan model pencampur
seperti:pencampur tipe pancim, pencampur dengan pisau berbentuk z.
Aliran yang terjadi di dalam bahan diperkirakan berupa seperti pada
pandangan depan pandangan lintang
→ → → →
← ← ← ←
← ← ← ←
→ → → →
Gambar 2.1 Aliran yang terjadi dalam bahan
Kebutuhan tenaga yang diperlukan untuk mencampur suatu jumlah
tertentu bahan (cairan) tergantung pada viskositas cairan tersebut. Selain itu
kecepatan mixer juga berbeda-beda sesuai dengan kebutuhan bahan-bahan tersebut. Mixer dengan kecepatan rendah biasanya digunakan untuk cairan dengan viskositas tinggi dimana campurannya pekat, licin dan sebagainya. Kecepatan
tinggi biasanya berkisar antara 1400-1800 rpm, kecepatan sedang biasanya adalah
1500 rpm dan kecepatan rendah berkisar antara 100-500 rpm.
Derajat keseragaman pencampuran, dalam diukur dari sample yang
diambil selama pencampuran, dalam hal ini jika komponen yang dicampur telah
terdistribusi mealui komponen lain secara random (acak), maka dikatakan
pencampuran telah berlangsung dengan baik.
Statistik untuk mengukur derajat pencampuran dapat dilihat sebagai
berikut : (Wiranatakusumah, 1992).
1. Campuran Berbentuk Pasta
Jika suatu campuran berbentuk pasta, misalkan tepung dan air
dicampurkan maka akan ada suatu nilai rata-rata air adonan pada setiap waktu
jika pencampuran berlangsung sangat sempurna (ideal) setiap nilai Xi yang
terukur haruslah sama dengan x dan jika pencampuran kurang sempurna akan
diperoleh Xi ≠ x.
2. Campuran Berbentuk Granula
Pendekatan yang dilakukan dalam hal ini sama dengan pendekatan pada
campuran berbentuk pasta. Sejumlah contoh diambil secara acak dari nilai
rata-rata hasil analisa. Perbedaannya adalah jika campuran berbentuk pasta indeks
pencampuran didasarkan pada kondisi sebelum pencampuran, maka disini
didasarkan pada kondisi setelah pencampuran tercampur sempurna. Jika tepung
susu dan gula dicampur dalam hal ini fraksi tepung susu disebut P dan fraksi gula
disebut Q, pada kondisi tercampur sempurna maka :
p + q = 1
3. Campuran liquid
Campuran jenis ini dapat dilakukan dan di analisa seperti halnya dengan
campuran-campuran sebelumnya, untuk liquid miscible yang dimaksud,
pencampuran akan sangat dipengaruhi oleh sifat-sifat liquid itu sendiri, seperti
viskositas, densitas, jenis alat pencampuran (type mixer) dan tenaga yang
dibutuhkan untuk menggerakkan propeller atau blades. Salah satu persamaan
umum pencampuran liquid adalah sebagai berikut :
Po = k (Re)n (Fr)m
Po : Power number = P/D5 F3ρ
Re : Reynold number = D2Fρ/μ
Fr : Froude number = D F2/g
D : diameter propeller, m
F : frekuensi rotasi propeller/blades, rpm
ρ : densitas likuid, kg/m3
μ : viskositas fluid, Pa.s
2.2. Jenis – Jenis Peralatan Pencampur.
1. Planetary Mixer
Planetary Mixer merupakan alat pencampuran bahan viskous, seperti pasta. Prinsip penerapan untuk mencampur bahan dengan viskositas yang tinggi
dan berbentuk pasta adalah kinerja yang tergantung pada kontak langsung antara material pencampur dengan bahan yang akan dicampur. Dibandingkan dengan
pencampuran pada bahan cair, proses pencampuran bahan yang viskous
memerlukan tenaga yang lebih banyak. Hal ini disebabkan oleh kenyataan bahwa
pada bahan viskous tidak mungkin terbentuk arus aliran yang dapat memindahkan
bagian bahan yang belum tercampur ke daerah pencampuran di sekitar impeller
seperti pada pengadukan bahan cair. Sehingga proses pencampuran bahan pasta
itu menjadi relatif lebih rumit.
Planetary Mixer merupakan tipe mixer yang memiliki 3 fungsi pengadukan disesuaikan dengan tools-nya yaitu flat bitter untuk menghaluskan
butter cream, wiper untuk adonan yang lunak serta berfungsi untuk menaikkan volume telur, dough hook untuk adonan roti. Dengan demikian dalam satu mixer bisa didapatkan 3 fungsi kerja yang bisa memberi jawaban akan investasi yang
lebih efektif dan efisien. Planetary Mixer, mesin mixer adonan roti dengan berbagai kapasitas. Sistem kerja sesuai metode planet untuk menghasilkan
campuiran adonan yang merata.
Planetary mixer terdiri dari wadah atau bejana yang bersifat stasioner sedangkan pengaduk yang digunakan mempunyai gerakan melingkar sehingga
ketika berputar, pengaduk secara berulang mendatangi seluruh bagian pada
bejana. Pada saat proses pencampuran berlangsung ruang pencampuran berada
dalam keadaan tertutup. Hal itu dimaksudkan agar bahan yang sedang bercampur
Gambar 2.2 Planetary Mixer
2. Ribbon Blender
Ribbon Blender merupakan salah satu alat pencampur dalam sistem emulsi sehingga menghasilkan suatu dispersi/adonan yang seragam atau homogen.
Sumber tenaga pada Ribbon Blenderberfungsi sebagai penggerak dalam proses pengadukan. Tenaga dari motor penggerak untuk pengaduk ditransmisikan secara
langsung dengan menggunakan besi.
Pengaduk itu sendiri memiliki fungsi untuk mengalirkan bahan dalam alat
pengaduk yang bergerak dan wadah yang diam. Pengaduk juga berfungsi untuk
mengaduk selama proses penampungan dan untuk menghindari
pengendapan.Proses pencampuran adonan dengan Ribbon Blender bertujuan untuk memperoleh adonan yang elastis dan menghasilkan pengembangan gluten
yang diinginkan.
Alat ini dapat dicoba dan digunakan pada batch yang konsisten serta pencampurannya kontinue untuk bahan bubuk (tepung) dan granula. Gardner Ribbon Mixers mudah dibersihkan sehingga mudah untuk digunakan kembali.
Spesifikasi :
- Desain higienis
impeller
- Kapasitas antara 3.5 sampai 20.000 liter
- Dibuat berdasarkan permintaan konsumen
Gambar 2.3 Ribbon Blender
Keuntungan :
a. Waktu pencampurannya cepat dan pemeliharaan alat mudah.
b. Bahan dengan ukuran kecil dapat didispersikan secara homogen tanpa
membutuhkan perlakuan pencampuran terlebih dahulu.
3. Double Cone Blender
Alat ini merupakan alat pencampur sederhana, penggunaan energi dalam
pencampurannya kecil dan cocok digunakan untuk mencampur bahan yang halus
dan rapuh.
Spesifikasi alat :
- Kapasitasnya antara 2 samapai 100.000 liter.
- Desainnya higienis dengan segel diluar alat.
- Muatannya bekerja secara otomatis melalui pneumatic conveying system.
- Dibuat berdasarkan permintaan konsumen. bak
Motor listrik
Gambar 2.4 Double Cone Mixer
Keuntungan :
- Mudah digunakan untuk bahan-bahan halus
- Higienis dan mudah dibersihkan
- Prinsip kerjanya seperti KEMUTEC’s dengan multi shear deflector plate untuk perbaikan efesiensi sehingga granula dan bubuk (tepung) bebas mengalir
- Kehilangan produk dapat diminimalkan
4. Vertical Double Rotary Mixer
Vertical double rotary mixer digunakan untuk mencampurkan bahan yang padat.Mixer ini digunakan untuk kontinyu adalah padat dan
padat-cair pencampuran untuk medium untuk produksi besar secara terus menerus.
Mixer ganda memiliki poros pencampuran disesuaikan dengan dayung dalam
mixer vertikal tujuan pencampuran dapat diselesaikan di bawah gaya gravitasi
dengan dampak diasingkan. Produksi berbagai output mixer ini adalah 100 Kg. to
Gambar 2.5 Vertical Double Rotary Mixer
5. AlexanderWerk
Gambar 2.6 Alexanderwerk
2.3. Pengaduk
Pemilihan pengaduk yang tepat menjadi salah satu faktor penting dalam
menghasilkan proses dan pencampuran yang efektif. Pengaduk jenis baling-baling
(propeller) dengan aliran aksial dan pengaduk jenis turbin dengan aliran radial
menjadi pilihan yang lazim dalam pengadukan dan pencampuran.
2.3.1. Jenis-jenis Pengaduk
Secara umum, terdapat empat jenis pengaduk yang biasa digunakan, yaitu
pengaduk baling–baling (propeller), pengaduk turbin (turbine), pengaduk dayung (paddle), dan pengaduk helical ribbon.
1. Pengaduk jenis baling-baling (Propeller)
Ada beberapa jenis pengaduk yang biasa digunakan, yaitu:
- Marine propeller
- Hydrofoil propeller
- High flow propeller
Gambar 2.7 Pengaduk jenis baling (a), Daun Dipertajam (b), Baling-baling kapal (c)
Baling-baling ini digunakan pada kecepatan berkisar antara 400 hingga 1750
2. Pengaduk Dayung (Paddle)
Berbagai jenis pengaduk dayung biasanya digunakan pada kecepatan
rendah diantaranya 20 hingga 200 rpm. Dayung datar berdaun dua atau empat
biasa digunakan dalam sebuah proses pengadukan. Panjang total dari pengadukan
dayung biasanya 60 - 80% dari diameter tangki dan lebar dari daunnya 1/6 - 1/10
dari panjangnya. Beberapa jenis paddle yaitu:
- Paddle anchor
- Paddle flat beam – basic
- Paddle double – motion
- Paddle gate
- Paddle horseshoe
- Paddle glassed steel (used in glass-lined vessels)
- Paddle finger
- Paddle helix
- Multi paddle
Gambar 2.8 Pengaduk Jenis Dayung (Paddle) berdaun dua
Pengaduk dayung menjadi tidak efektif untuk suspensi padatan, karena
aliran radial bisa terbentuk namun aliran aksial dan vertikal menjadi kecil.Sebuah
dayung jangkar atau pagar, yang terlihat pada gambar 6 biasa digunakan dalam
buruk. Pengaduk dayung sering digunakan untuk proses pembuatan pasn kanji,
cat, bahan perekat dan kosmetik.
3. Pengaduk Turbin
Pengaduk turbin adalah pengaduk dayung yang memiliki banyak daun
pengaduk dan berukuran lebih pendek, digunakan pada kecepatan tinggi untuk
cairan dengan rentang kekentalan yang sangat luas. Diameter dari sebuah turbin
biasanya antara 30 - 50% dari diamter tangki. Turbin biasanya memiliki empat
atau enam daun pengaduk.
Turbin dengan daun yang datar memberikan aliran yang radial. Jenis ini
juga berguna untuk dispersi gas yang baik, gas akan dialirkan dari bagian bawah
pengadukdan akan menuju ke bagian daun pengaduk lalu tepotong-potong
menjadi gelembung gas. Beberapa jenis turbin yaitu:
- Turbine disc flat blade
- Turbine hub mounted curved blade
- Turbine disc mounted curved blade
- Turbine pitched blade
- Turbine bar
- Turbine shrouded
Gambar 2.9 Pengaduk Turbin pada bagian variasi
Pada turbin dengan daun yang dibuat miring sebesar 45o, seperti yang
terlihat pada Gambar 3, beberapa aliran aksial akan terbentuk sehingga sebuah
kombinasi dari aliran aksial dan radial akan terbentuk. Jenis ini berguna dalam
suspensi padatan kerena aliran langsung ke bawah dan akan menyapu padatan ke
atas. Terkadang sebuah turbin dengan hanya empat daun miring digunakan dalam
yang lebih besar dan pencampuran per satuan daya dan sangat berguna dalam
suspensi padatan.
Gambar 2.10 Pengaduk Turbin Baling-baling
4. Pengaduk Helical-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.Beberapa jenis pengaduk helical-ribbon yaitu:
-Ribbon impeller
-Double Ribbon impeller
-Helical screw impeller
-Sigma impeller
-Z-blades
Semi-2.4. Kecepatan Pengaduk
Salah satu variasi dasar dalam proses pengadukan dan pencampuran
adalah kecepatan putaran pengaduk yang digunakan. Variasi kecepatan putaran
pengaduk bisa memberikan gambaran mengenai pola aliran yang dihasilkan dan
daya listrik yang dibutuhkan dalam proses pengadukan dan pencampuran. Secara
umum klasifikasi kecepatan putaran pengaduk dibagi tiga, yaitu : kecepatan
putaran rendah, sedang dan tinggi.
2.4.1 Kecepatan putaran rendah
Kecepatan rendan yang digunakan berkisar pada kecepatan 400 rpm.
Pengadukan dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk minyak kental,
lumpur dimana terdapat serat atau pada cairan yang dapat menimbulkan busa.
Jenis pengaduk ini meghasilkan pergerakan batch yang empurna dengan sebuah permukaan fluida yang datar untuk menjaga temperatur atau mencampur larutan
dengan viskositas dan gravitasi spesifik yang sama.
2.4.2 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.
Jenis ini paling sering digunakan untuk meriakkan permukaan pada viskositas
yang rendah, mengurangi waktu pencampuan, mencampuran larutan dengan
viskositas yang berbeda dan bertujuan untuk memanaskan atau mendinginkan.
2.4.3 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. Tingkat pengadukan ini menghasilkan permukaan
yang cekung pada viskositas yang rendah dan dibutuhkan ketika waktu
2.5. Jumlah Pengaduk
Penambahan jumlah pengaduk yang digunakan pada dasarnya untuk tetap
menjaga efektifitas pengadukan pada kondisi yang berubah. Ketinggian fluida
yang lebih besar dari diameter tangki, disertai dengan viskositas fluida yang lebih
besar dann diameter pengaduk yang lebih kecil dari dimensi yang biasa
digunakan, merupakan kondisi dimana pengaduk yang digunakan lebih dari satu
buah, dengan jarak antar pengaduk sama dengan jarak pengaduk paling bawah ke
dasar tangki. Penjelasan mengenai kondisi pengadukan dimana lebih dari satu
pengaduk yang digunakan dapat dilihat dalam tabel 2.1.
Tabel 2.1 Kondisi untuk Pemilihan Pengaduk
2.5.1 Pemilihan Pengaduk
Viskositas dari cairan adalah salah satu dari beberapa faktor yang mempengaruhi
pemilihan jenis pengaduk. Indikasi dari rentang viskositas pada setiap jenis
pengaduk adalah :
- Pengaduk jenis baling-baling digunakan untuk viskositas fluida di bawah
Pa.s (3000 cP)
- Pengaduk jenis turbin bisa digunakan untuk viskositas di bawah 100 Pa.s
(100.000 cp)
Gambar 2.12 Pola aliran yang dihasilkan oleh jenis-jenis pengaduk yang berbeda, (a) Impeller,(b) Propeller, (c) Paddle dan (d) Helical ribbon
Hal yang harus diperhatikan pada tipe pengaduk adalah dengan
mengevaluasi range kerja dari pengaduk tersebut berdasakan viskositas cairan.
Range kerja beberapa tipe pengaduk pada tingkat viskositas cairan yang berbeda
ditunjukkan pada tabel 2.
Tabel 2.2 Daerah Kerja Pengaduk Berdasarkan Viskositas Cairan
Dari tabel 2, pengaduk tipe propeller memiliki range kerja yang sama baik untuk
proses batch maupun proses kontinyu.
2.6. Elemen Pemanas
Electrical Heating Element (elemen pemanas listrik) banyak dipakai
dalam kehidupan sehari hari, baik didalam umah tangga ataupun peralatan dan
mesin industri. Bentuk dan type dari Electrical Heating Element ini bermacam
-macam disesuaikan dengan fungsi, tempat pemasangan dan media yang akan di
Panas yang dihasilkan oleh elemen pemanas listrik ini bersumber
dari kawat ataupun pita bertaha- nan listrik tinggi ( Resistance Wire) biasanya
bahan yang digunakan adalah niklin yang dialiri arus lis- trik pada kedua
ujungnya dan dilapisi oleh isolator listrik yang mampu meneruskan panas
dengan baik hingga aman jika digunakan.
Elemen pemanas merupakan piranti yang mengubah energi listrik menjadi
energi panas melalui proses Joule Heating. Prinsip kerja elemen panas adalah arus listrik yang mengalir pada elemen menjumpai resistansinya, sehingga
menghasilkan panas pada elemen.
Persyaratan elemen pemanas antara lain :
- Harus tahan lama pada suhu yang dikehendaki.
- Sifat mekanisnya harus kuat pada suhu yang dikehendaki.
- Koefisien muai harus kecil, sehingga perubahan bentuknya pada suhu
yang dikehendaki tidak terlalu besar.
- Tahanan jenisnya harus tinggi.
- Koefisien suhunya harus kecil, sehingga arus kerjanya sedapat mungkin
konstan.
Gambar 2.13 Elemen Pemanas
Hal yang dipertimbangkan dalam pemilihan elemen pemanas:
- Maximum element surface temperature (MET)
- Maximum Power/Surface Loading
3 klas/tipe elemen pemanas yang umum dipakai:
- Metallic
- Silicon carbide (SiC)
- Molybdenum disilicide (MoSi2)
Pada tipe metallic, bahan yang digunakan untuk elemen pemanas antara
lain :
- Nichrome/nickel-chromium (NiCr): wire and strip
- Kanthal / iron-chromium-aluminum (FeCrAl) : wires
- Cupronickel (CuNi): alloys for low temperature heating
Pada klas metallic, sebagian besar elemen pemanas menggunakan bahan
nichrome 80/20 (80% nikel, 20% kromium) dalam bentuk kawat, pita, atau strip.80/20 nichrome merupakan bahan yang baik, karena memiliki ketahanan yang relatif tinggi dan membentuk lapisan kromium oksida ketika dipanaskan
untuk pertama kalinya, sehingga bahan di bawah kawat tidak akan teroksidasi,
mencegah kawat terputus atau terbakar.
2.6.1. Jenis Utama Pada Elemen Pemanas Listrik
1. Elemen Pemanas Listrik bentuk Dasar
yaitu elemen pemanas dimana Resistance Wire hanya dilapisi oleh isolator
listrik, macam-macam elemen pemanas bentuk ini adalah : Ceramik Heater, Silica
Dan Quartz Heater, Bank Channel heater, Black Body Ceramik Heater.
Gambar 2.14 Coil Heater, Infra Red Heater Silica, Ceramiks dan Quartz Heater
2. Elemen Pemanas Listrik Bentuk Lanjut
Merupakan elemen pemanas dari bentuk dasar yang dilapisi oleh pipa atau
lembaran plat logam untuk maksud sebagai penyesuain terhadap penggunaan dari
stainless stell, tembaga dan kuningan. Heater yang termasuk dalam jenis ini
adalah :
Gambar 2.15 Tubular Heater, Catridge Heater Band, Nozzle & Stripe Heater
2.6.2. Jenis-Jenis Dari Elemen Pemanas
1. Tubular Heater
Tubular Heater merupakan elemen pemanas listrik dimana gulungan
coil resistance wire dimasukan kedalam pipa dan di cor bersama - sama
bubuk isolator ( Mgo powder) yang berkemampuan men- eruskan panas dan
isolator listrik yang baik, sehingga arus listrik tidak menembus dan mengalir
pada pipa pembungkusnya, proses pengecoran nya dilakukan dengan
menggunakan mesin isi (filling ma- chine) yang dirancang sedemikian rupa,
Material pipa atau tubing yang digunakan sebagai pembungkus atau selongsong
tubular heater ini biasanya disesuikan dengan penggunaan heater tersebut,
apakah untuk memanaskan udara, Air, cairan kimia dan lain lain
Pada umumnya bahan yang sering digunakan adalah :
- Stainless Stell 304
- Stainless Stell 316
- Incoloy
- Tembaga`
akan bebas berge- rak dan berpeluang menempel pada dinding pipa yang
akhirnya terjadi short body dan putusnya resistance wire. Diameter akhir tubular
heater hasil proses reduksi (press) yang ada di pasaran adalah : 8mm, 11,2 mm
12.5 mm 15.8 mm dan 18.9 mm dengan panjang tidak lebih dari 6 meter.
Isolator tahan panas yang digunakan sebagai pengikat & pembatas antara pipa &
kawat tahanan ya- itu bubuk Mgo yang mempunyai titik cair 2900 C. Kawat
Tahanan atau Resitance Wire yang di gunakan adalah kawat tahanan yang
dimensinya disesuaikan dengan daya yang diminta, kawat ini tahan pada suhu
kerja maksimal 1300 C.
Gambar 2.16 Bagian-bagian Coil Pemanas
Dalam pemesanan Tubular Heater ini, spesifikasi daya listrik dan
voltasenya sebaiknya dikonsultasi- kan dahulu a- gar didapat hasil produk
yang efisien dan bermutu tinggi.
Elemen Pemanas Yang Menggunakan Tubular Heater
1. Finned Heater
Merupakan Tubular Heater yang ditambahkan finned (sirip) berpenampang bulat
atau persegi yang dipasang sepanjang hot zone Tubular untuk maksud
memperluas permukaan panas.
2. Cast-In Heater
merupakan heater bentuk lanjut dari tubular heater, dimana tubular heater di cor
bersama sama dengan bahan cor sesuai bentuk yang diingin kan. ada 2 macam
Gambar 2.17 Tubular heater, finned heater, cast-in heater
3. Catridge Heater
Bahan pipa yang digunakan biasa nya Stainless Steel 304 dimana
dimensinya disesuaikan dengan kebutuhan. Coil kawat tahanan dengan kualitas
yang cukup baik digulung pada sebuah batang isolator (MGO Tube), yang
kemudian di cor kedalam pipa dengan menggunakan MGO Powder
khusus.Setelah proses pengecoran kemudian pipa - pipa yang telah berisi
resistance wire dan bubuk MGO tersebut di press dengan menggunakan swaging
machine sehingga diameter pipa akan mengecil dan bubuk isolator menjadi solid.
Diameter Catridge Heater yang kami produksi dengan mesin press (swaging
machine) adalah mulai dari diameter 5,8 mm sampai 22 mm dan panjang 1.5
meter.
Catridge Heater Standart Pin Terminals
- Catridge Heater Berkepala Nipple
- Catride Heater Built In Cables
- Catridge Heater L Form
- Catride Heater dengan Thermocouple
- Dan Lain-lain.
4. Band, Nozzle & Stripe Heater
Bentuk Stripe ini kemudian di bulatkan dengan mesin rol sehingga
menjadi bentuk sabuk yang diameternya disesuaikan dengan kebutuhan.
Jenis - jenis Elemen Pemanas Bentuk ini adalah :
- One Pice Expandable Band Heater
- Curve Heater
- Two Piece Curve Heater
- Nozzle Heater
- Band Heater Dispencer Model
- Dan Lain-lain
Gambar 2.18 Catridge Heater Band, Nozzle Dan Stripe Heater
Perhitungan daya elemen pemanas menggunakan prinsip hukum ohm
seperti terlihat pada gambar 2.
P = V .I dengan P = Daya (VA)
V = Tegangan (Volt)
I = Arus (ampere)
Laju perubahan suhu dinyatakan dalam: 1 2 1 2 t t T T dt dT − − =
2.7. Perpindahan Panas
Panas dapat berpindah dari suatu tempat atau benda ketempat atau ke
benda lain. Panas dapat berpindah dari suatu zat yang lebih panas ke zat yang
lebih dingin. Dengan kata lain, panas hanya akan berpindah dari satu benda ke
benda lainnya bila terdapat perbedaan temperatur diantara dua benda tersebut.
Atau panas akan berpindah dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda
yang temperatur lebih rendah. Karena itu dapat disimpulkan bahwa perbedaan
temperatur (Δt) adalah merupakan potensial pendorong bagi proses perpindahan
panas. Dalam proses perpindahan panas, dikenal 3 macam metode perpindahan
panas, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.
2.7.1. Konduksi
Konduksi adalah perpindahan panas suatu benda yang partikel-partikel
dalam benda tersebut menstransfer energi melalui tumbukan. Konduksi Panas
hanya terjadi apabila terdapat perbedaan temperatur.
Panas yang mengalir secara konduksi dari daerah yang bertemperatur
tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah. Laju perpindahan panas konduksi
dapat dinyatakan dengan Hukum Fourrier .
...(2.1)
Dimana, = Laju perpindahan panas (W)
L = Tebal plat (m)
Persamaan (2.1) dapat disederhanakan menjadi persamaan yang dikenal
dengan konsep resistansi thermal yang dianalogikan dengan resistansi listrik. Hal ini karena laju aliran kalor dianggap sebagai sebuah aliran listrik yang mengalir
dari potensial tinggi ke potensial rendah (perbedaan temperatur). Konsep
resistansi thermal juga berlaku untuk kedua jenis perpindahan panas yang lain.
Dengan demikian, persamaan (2.3) menjadi:
...(2.2)
...(2.3)
Dimana, = Laju perpindahan panas (W)
k = Konduktivitas Termal ( W / (m.K))
A = Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2)
T2 = Temperatur akhir (°C)
T1 = Temperatur awal (°C) L = Tebal plat (m)
R = Resistansi thermal ( °C/m)
2.7.2. Konveksi
Perpindahan panas konveksi terjadi di antara permukaan benda dan suatu
fluida. Dengan kata lain, perpindahan panas konveksi adalah perpaduan
perpindahan panas konduksi dengan suatu aliran fluida. Perpindahan panas
konveksi terdiri dari tiga jenis, yaitu konveksi paksa aliran dalam, aliran luar, dan alamiah. Apabila aliran fluida disebabkan oleh blower/fan maka disebut konveksi paksa dan apabila disebabkan oleh gradien massa jenis maka disebut
konveksi alamiah. Pada umumnya laju perpindahan panas dapat dinyatakan
...(2.4)
Dimana, = Laju perpindahan panas (Watt)
h = Koefisien konveksi ( W / m2. K )
A = Luas permukaan kolektor surya m2
Ts = Temperatur plat ( K )
Tf = Temperatur fluida ( K )
Nilai koefisien konveksi dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut ini :
...(2.5)
Dimana, h = koefisien konveksi ( W / m2. K )
Nu= Bilangan Nusselt
k = konduktivitas termal (W/m.K)
L = panjang plat (m)
Secara umum, pola aliran terbagi menjadi tiga jenis, yaitu aliran laminar, transisi, dan turbulen. Aliran laminar adalah aliran yang molekul-molekul fluidanya masih tersusun rapi atau tidak acak, sedangkan aliran turbulen adalah
aliran yang molekul-molekul fluidanya acak atau radial. Aliran transisi merupakan
pola aliran yang berada diantara aliran laminar dan turbulen.
Persamaan yang digunakan untuk menghitung bilangan Reynold adalah
sebagai berikut:
L = Panjang pipa (m)
