Labtek - Mixing

(1)

LABORATORIUM LABTEK 2

SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2015/2016

MODUL : Pengadukan dan Pencampuran

PEMBIMBING : Emma Hermawati, Ir., MT.

Oleh : Kelompok : Tujuh (Tujuh)

Nama : 1. Aldi Muhamad Ramdani 141411002

2. Khoirin Najiyyah Sably 141411015

3. Muhammad Naufal Syarief 141411019

4. Ummi Kultsum Ratu Luhrinjani 141411030

Kelas : 2A- D3 Teknik Kimia

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2016

Praktikum : 4 April 2016 Penyerahan : 11 April 2016 (Laporan)

(2)

2 BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pengadukan (agitation) dan pencampuran (mixing) merupakan dua hal yang tidak dapat dipisahkan, karena pencampuran merupakan akibat dari operasi pengadukan. Mixing secara luas digunakan di industri yang produktif dalam proses termasuk perubahan fisik dan kimia. Proses mixing membutuhkan investasi yang besar. Selain biaya besar, terdapat kesulitan dalam pemilihan tipe mixer yang sesuai dengan kebutuhan. Demikian juga dengan masalah analisa performance dari instalasi yang ada. Kurangnya pengetahuan tentang proses mixing tidak terlihat atau akan tertutupi dengan adanya overdesign dan ini lidak terdeteksi bila dinilai dari kualitas produk. Namun demikian bila dalam operasi, suatu perusahaan mengabaikan proses mixing akan mengakibatkan kapital dan biaya operasi menjadi tinggi. Di dalam praktek, operasi mixing hampir selalu mempunyai fungsi multi yaitu ketika proses dilakukan di dalam tangki berpengaduk mekanis, pengaduk menjalankan banyak tugas. Sebagai contoh, di dalam tangki kristalisasi, harus diperhatikan: bulk blending, heal transfer, suspensi kristaI, rale pertumbuhan dan pembentukan inti kristal yang kedua. (Prajitno, 2009). Contoh pemakaian operasi pengadukan dalam industri adalah pencampuran pulp dalam air untuk memperoleh larutan pulp. Larutan pulp yang sudah homogeny disebarkan ke mesin pembuat kertas menjadi lebaran kertas setelah proses filtrasi vakum dan dikeringkan.

Mixing merupakan pusat dari proses dalam industri makanan, farmasi, kertas, plastik, keramik, karet, dan sebagainya. Jika tidak mengetahui cara mixing yang baik maka akan mengakibatkan biaya operasi yang tinggi. Oleh karena itu, dilakukan praktikum ini, guna mengetahui pengadukan dan mixing yang baik dan benar.

1.2. Tujuan Percobaan

a. Menggambarkan pola aliran yang dibentuk oleh pengaduk dalam tangki b. Menggambarkan pola aliran dalam berbagai kecepatan putaran pengaduk

c. Membuat grafik bilangan Reynolds terhadap waktu yang diperlukan dalam pencampuran sampai homogen

(3)

3 BAB II

LANDASAN TEORI

Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan di dalam bahan yang diaduk. Tujuan operasi pengadukan yang utama adalah terjadinya pencampuran. Pencampuran merupakan operasi yang bertujuan mengurangi ketidaksamaan kondisi, suhu, atau sifat lain yang terdapat dalam suatu bahan. Pencampuran dapat terjadi dengan cara menimbulkan gerak di dalam bahan itu yang menyebabkan bagian-bagian bahan saling bergerak satu terhadap yang lainnya, sehingga operasi pengadukan hanyalah salah satu cara untuk operasi pencampuran. 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). Selain pencampuran fasa cair dikenal pula operasi pencampuran fasa cair yang pekat seperti lelehan, pasta, dan sebagainya; pencampuran fasa padat seperti bubuk kering, pencampuran fasa gas, dan pencampuran antar fasa. (Departemen Teknik Kimia ITB, 2009)

2.1 Proses Pencampuran

Proses pencampuran dalam fasa cair dilandasi oleh mekanisme perpindahan mementum 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 tercampakkan di dalam medan aliran yang dikenal sebagai eddies, sehingga mekanisme pencampuran ini disebut eddy diffusion

3. pencampuran karena gerak molekular yang merupakan mekanisme pencampuran difusi.

Ketiga mekanisme terjadi secara bersama-sama, tetapi yang paling menentukan adalah eddy diffusion. Mekanisme ini membedakan pencampuran dalam keadaan turbulen daripada pencampuran dalam medan aliran laminer.Sifat fisik fluida yang berpengaruh pada proses pengadukan adalah densitas dan viskositas.

(4)

4 2.2 Tangki Berpengaduk

Pengadukan dan pencampuran merupakan operasi yang penting dalam industry kimia. Pencampuran (mixing) merupakan proses yang dilakukan untuk mengurangi ketidakseragaman suatu sistem seperti konsentrasi, viskositas, temperatur dan lain-lain. Pencampuran dilakukan dengan mendistribusikan secara acak dua fasa atau lebih yang mula-mula heterogen sehingga menjadi campuran homogen. Peralatan proses pencampuran merupakan hal yang sangat penting, tidak hanya menentukan derajat homogenitas yang dapat dicapai, tapi juga mempengaruhi 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 (Departemen Teknik Kimia ITB, 2009).

Hal yang penting dari tangki pengaduk dalam penggunaannya antara lain:

1. Bentuk : pada umumnya digunakan bentuk silindris dan bagian bawahnya cekung 2. Ukuran: yaitu diameter dan tinggi tangki

3. Kelengkapannya:

a. ada tidaknya baffle, yang berpengaruh pada pola aliran di dalam tangki

Gambar 1. Pengaduk Memakai Buffle

(Sumber : repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/51472/4/Chapter%20II.pdf)

b. jacket atau coil pendingin/pemanas yang berfungsi sebagai pengendali suhu

c. letak lubang pemasukan dan pengeluaran untuk proses kontinu

d. kelengkapan lainnya seperti tutup tangki, dan sebagainya.

(5)

5 2.3 Jenis Pengaduk

Menurut aliran yang dihasilkan, pengaduk dapat dibagi menjadi tiga golongan:

1. Pengaduk aliran aksial yang akan menimbulkan aliran yang sejajar dengan sumbu putaran

2. Pengaduk aliran radial yang akan menimbulkan aliran yang berarah tangensial dan radial terhadap bidang rotasi pengaduk. Komponen aliran tangensial menyebabkan timbulnya vortex dan terjadinya pusaran, dan dapat dihilangkan dengan pemasangan baffle atau cruciform baffle

3. Pengaduk aliran campuran yang merupakan gabungan dari kedua jenis pengaduk di atas.

Menurut bentuknya, pengaduk dapat dibagi menjadi 3 golongan: 1. Propeller

Kelompok ini biasa 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. Kapasitas sirkulasi yang dihasilkan besar dan sensitif terhadap beban head. Dalam perancangan propeller, luas sudu biasa dinyatakan dalam perbandingan luas area yang terbentuk dengan luas daerah disk. Nilai nisbah ini berada pada rentang 0.45 sampai dengan 0.55. Pengaduk propeler terutama menimbulkan aliran arah aksial, arus aliran meninggalkan pengaduk secara kontinu melewati fluida ke satu arah tertentu sampai dibelokkan oleh dinding atau dasar tangki.

2. Turbine

Istilah turbine ini diberikan bagi berbagai macam jenis pengaduk tanpa memandang rancangan, arah discharge ataupun karakteristik aliran. Turbine merupakan pengaduk dengan sudu tegak datar dan bersudut konstan. Pengaduk jenis ini digunakan pada viskositas fluida rendah seperti halnya pengaduk jenis propeller [Uhl & Gray, 1966]. Pengaduk turbin menimbulkan aliran arah radial dan tengensial. Di sekitar turbin terjadi daerah turbulensi yang kuat, arus dan geseran yang kuat antar fluida. Salah satu jenis pengaduk turbine adalah pitched blade. Pengaduk jenis ini memiliki sudut sudu konstan. Aliran terjadi pada arah aksial, meski demikian terdapat pule aliran pada arah radial. Aliran ini akan mendominasi jika sudu berada dekat dengan dasar tangki.

(6)

6 3. Paddles

Pengaduk jenis ini sering memegang peranan penting pada proses pencampuran dalam industri. Bentuk pengaduk ini memiliki minimum 2 sudu, horizontal atau vertical, dengan nilai D/T yang tinggi. Paddle digunakan pada aliran fluida laminar, transisi atau turbulen tanpa baffle. Pengaduk padel menimbulkan aliran arah radial dan tangensial dan hamper tannpa gerak vertikal sama sekali. Arus yang bergerak ke arah horisontal setelah mencapai dinding akan dibelokkan ke atas atau ke bawah. Bila digunakan pada kecepatan tinggi akan terjadi pusaran saja tanpa terjadi agitasi.

Gambar 2. Bentuk-bentuk pengaduk

(a) pengaduk paddle (b) pengaduk propeller (c) pengaduk turbine

(Sumber : http://akademik.che.itb.ac.id/labtek/wp-content/uploads/2009/02/modul-109-tangki-berpengaduk.pdf)

Disamping itu, masih ada bentuk-bentuk pengaduk lain yang biasanya merupakan modifikasi dari ketiga bentuk di atas.

Gambar 3. Tipe-tipe pengaduk jenis turbin

a. Flate Blade b. Curved Blade c. Pitched Blade

(7)

7 Gambar 4. Tipe-tipe pengaduk jenis propeller

Gambar 5. Tipe-tipe pengaduk jenis padel

Gambar 6. Pola aliran pada pengaduk jenis propeller

(Departemen Teknik Kimia ITB, 2009)

a. Standard three baldes b. Weedless

c. Guarded

a. Basic b. Anchor c. Glassed

(8)

8 2.4 Kecepatan Pengaduk

Kecepatan pengaduk yang umumnya digunakan pada operasi industri kimia adalah sebagai berikut.

 Kecepatan tinggi, berkisar pada kecepatan 1750 rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk fluida dengan viskositas rendah misalnya air.

 Kecepatan sedang, berkisar pada kecepatan 1150 rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk larutan sirup kental dan minyak pernis.

 Kecepatan rendah, berkisar pada kecepatan 400 rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk minyak kental, lumpur di mana terdapat serat atau pada cairan yang dapat menimbulkan busa.

Untuk menjamin keamanan proses, pengaduk dengan kecepatan lebih tinggi dar 400 rpm sebaiknya tidak digunakan untuk cairan dengan viskositas lebih besar dari 200 cP, atau volume cairan lebih besar dari 2000 L. Pengaduk dengan kecepatan lebih besar dari 1150 rpm sebaiknya tidak digunakan untuk cairan dengan viskositas lebih besar dari 50 cP atau volume cairan lebih besar dari 500 L. Kecepatan pengaduk ditentukan oleh viskositas fluida dan ukuran geometri sistem pengadukan.

(Departemen Teknik Kimia ITB, 2009)

2.5 Macam Aliran

Aliran dapat diklasifikasikan (digolongkan) dalam banyak jenis seperti: turbulen, laminar, nyata, ideal, mampu balik, tak mampu balik, seragam, tak seragam, rotasional, tak rotasional. Aliran fluida terdapat dua jenis aliran yaitu :

1. Aliran laminer 2. Aliran turbulensi

Cairan dengan rapat massa yang akan lebih mudah mengalir dalam keadaan laminer. Dalam aliran fluida perlu ditentukan besarannya, atau arah vektor kecepatan aliran pada suatu titik ke titik yang lain. Agar memperoleh penjelasan tentang medan fluida, kondisi rata-rata pada daerah atau volume yang kecil dapat ditentukan dengan instrument yang sesuai. Pengukuran aliran adalah untuk mengukur kapasitas aliran, massa laju aliran, volume aliran. Pemilihan alat ukur aliran tergantung pada ketelitian, kemampuan pengukuran, harga, kemudahan pembacaan, kesederhanaan dan keawetan alat ukur tersebut. Dalam pengukuran fluida termasuk penentuan tekanan, kecepatan, debit, gradien kecepatan, turbulensi dan viskositas. Terdapat banyak cara melaksanakan pengukuran –

(9)

9 pengukuran , misalnya : langsung, tak langsung, gravimetrik, volumetrik, elektronik, elektromagnetik dan optik. Pengukuran debit secara langsung terdiri dari atas penentuan volume atau berat fluida yang melalui suatupenampang dalam suatu selang waktu tertentu. Metoda tak langsung bagi pengukuran debit memerlukan penentuan tinggi tekanan, perbedaan tekanan atau kecepatan dibeberapa di titik pada suatu penampang dan dengan besaran perhitungan debit. Metode pengukuran aliran yang paling teliti adalah penentuan gravimerik atau penentuan volumetrik dengan berat atau volume diukur atau penentuan dengan mempergunakan tangki yang dikalibrasikan untuk selang waktu yang diukur.

Pada prinsipnya besar aliran fluida dapat diukur melalui : 1. Kecepatan (velocity)

2. Berat (massanya)

3. Luas bidang yang dilaluinya 4. Volumenya.

(USU, 2011) 2.6 Pola Aliran dalam Tangki Berpengaduk

Pada tangki berpengaduk, pola aliran yang dihasilkan bergantung pada beberapa faktor antara lain geometri tangki, sifat fisik fluida dan jenis pengaduk itu sendiri. Pengaduk jenis turbine akan cenderung membentuk pola aliran radial sedangkan propeller cenderung membentuk aliran aksial. Pengaduk jenis helical screw dapat membentuk aliran aksial dari bawah tangki menuju ke atas permukaan cairan. Pola aliran yang dihasilkan oleh tiap-tiap pengaduk tersebut dapat dilihat pada Gambar 7

Gambar 7. Pola aliran fluida di dalam tangki berpengaduk (a) flat-blade turbine (b) marine propeller (c) helical screw

(10)

10 2.7 Parameter Hidrodinamika dalam Tangki Berpengaduk

1. Bilangan Reynolds

Menurut Geankoplis ( 2003 ), cairan di dalam tangki berpengaduk dapat digambarkan dengan bilangan tak berdimensi lain, yaitu bilangan reynolds ( N Re ). Bilangan Reynolds merupakan rasio antara inersia dengan kekentalan. Bilangan Reynolds ( N Re ) didefinisikan sebagai berikut :

N Re = ⍴ N D2

η

Dimana: N Re = Bilangan Reynold

η = Kekentalan ( kg/m.detik)

⍴ = Densitas cairan dalam tangki ( kg/m3) N = Putaran Pengaduk (Rpm)

Dt = Diameter pengaduk ( m ) 2. Bilangan Fraude

Bilangan tak berdimensi ini menunjukkan perbandingan antara gaya inersia dengan gaya gravitasi. Bilangan Fraude dapat dihitung dengan persamaan berikut :

dimana :

Fr = Bilangan Fraude

N = kecepatan putaran pengaduk D = diameter pengaduk

g = percepatan grafitasi

Bilangan Fraude bukan merupakan variabel yang signifikan. Bilangan ini hanya diperhitungkan pada sistem pengadukan dalam tangki tidak bersekat. Pada sistem ini permukaan cairan dalam tangki akan dipengaruhi gravitasi, sehingga membentuk pusaran (vortex). Vorteks menunjukkan keseimbangan antara gaya gravitasi dengan gaya inersia.

2.8 Laju dan Waktu Pencampuran (Rate & Time for Mixing)

Waktu pencampuran (mixing time) adalah waktu yang dibutuhkan sehingga diperoleh keadaan yang serba sama untuk menghasilkan campuran atau produk dengan kualitas yang

(11)

11 telah ditentukan. Sedangkan laju pencampuran (rate of mixing) adalah laju di mana proses pencampuran berlangsung hingga mencapai kondisi akhir (Coulson and Richardson, 1999). Pada operasi pencampuran dengan tangki pengaduk, waktu pencampuran ini dipengaruhi oleh beberapa hal,

1. Yang berkaitan dengan alat, seperti:

a. ada tidalnya baffle atau cruciform baffle

b. bentuk atau jenis pengaduk (turbin, propeler, padel) c. ukuran pengaduk (diameter, tinggi)

d. laju putaran pengaduk

e. kedudukan pengaduk pada tangki, seperti 1) jarak terhadap dasar tangki

2) pola pemasangannya: - center, vertical - off center, vertical

- miring (inciclined) dari atas - horizontal

f. jumlah daun pengaduk

g. jumlah pengaduk yang terpasang pada poros pengaduk 2. Yang berhubungan dengan cairan yang diaduk:

a. perbandingan kerapatan/ densitas cairan yang diaduk b. perbandingan viskositas cairan yang diaduk

c. jumlah kedua cairan yang diaduk

d. jenis cairan yang diaduk (miscible, immiscible)

Untuk selanjutnya faktor-faktor tersebut dapat dijadikan variabel yang dapat dimanipulasi untuk mengamati pengaruh setiap faktor terhadap karakteristik pengadukan, Beberapa teknik yang dapat digunakan untuk menentukan waktu dan laju pencampuran, antara lain:

1. menambahkan pewarna dan mengukur waktu yang dibutuhkan untuk mencapai keseragaman warna

2. menambahkan larutan garam dan mengukur konduktivitas elektrik saat komposisi seragam

3. menambahkan asam atau basa serta mendeteksi perubahan warna indicator ketika proses netralisasi sudah selesai

(12)

12 4. metoda distribusi waktu tinggal (residence time distribution) yang diukur dengan

memantau konsentrasi output

5. mengukur temperatur serta waktu yang dibutuhkan untuk mencapai keseragaman.

Waktu pencampuran ditentukan oleh beberapa variable proses dan operasi yang ditunjukkan oleh hubungan berikut ini.

θm = f ( ρ, μ, N, D, g. dimensi geometri sistem) dengan θm = waktu pencampuran

ρ = densitas fluida μ = viskositas fluida

N = kecepatan putaran pengaduk D = diameter pengaduk

g = percepatan gravitasi

(13)

13 BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1. Alat dan Bahan

Tabel 1. Alat dan bahan yang digunakan

Alat Bahan

Tangki berpengaduk Kacang hijau 250 gr

Stopwatch Tepung kanji 500 gr

Piknometer Aquadest

Gelas kimia 250 ml (2 buah) NaOH 2 M 100 ml Gelas ukur 50 ml Indicator pp 5 ml

Tachnometer H2SO4 2 M 100 ml

Erlenmeyer 250 ml (9 buah) Air keran 15 L Batang pengaduk

Pipet ukur 10 ml Neraca analitik Ember

(14)

14 3.2. Skema Kerja

3.2.1 Pola Aliran dari Pengadukan

Gambar 2. Skema kerja mengetahui pola aliran dalam pengadukan Dimasukkan ±15 L air ke dalam tangki

Dimasukkan kacang hijau secukupnya dalam tangki.

Digunakan tacometer untuk membaca kecepatan pengaduk.

Kecepatan pengaduk yang terbaca dicatat

Percobaan diulangi sampai memperoleh 5 data gambar pola aliran dengan skala yang

berbeda.

Dinyalakan motor pengaduk dengan kecepatan putar pada skala 1

Digambar pola aliran tampak atas dan tampak samping yang terjadi dalam tangki.

(15)

15 3.2.2 Waktu Pengadukan

Menimbang 500 gram tepung kanji dan melarutkannya dalam 2 liter air panas ke

dalam ember.

Memasukkan + 15 liter air ke dalam ember yang berisi larutan kanji.

Menyaring larutan kanji.

Menentukan berat jenis (ρ), suhu (T) dan viskositas larutan (𝜇).

Menambahkan indikator p.p. 5 mL.

Mengatur kecepatan putar pada skala dengan kecepatan putar 80 rpm.

Menambahkan 30 mL NaOH 2 M.

Mencatat waktu bila perubahan warna campuran telah merata.

Menetralkan campuran dengan menambahkan 30 mL larutan H2SO4 2M

dan bersamaan dengan stopwatch dinyalakan, catat waktu penetralan.

Mengulangi langkah 4-9 sampai memperoleh 8 data dengan kecepatan putar

yang berbeda.

(16)

16 BAB IV

HASIL PERCOBAAN DAN PENGOLAHAN DATA

4.1. Tabel Hasl Percobaan a. Pola aliran hasil pengadukan

 Tipe pengaduk yang digunakan : Tree Blade / marine Propeller

 Diameter tangki (Dt) : 32,2 cm (0,322 m)

 Diameter pengaduk (Da) : 10,73 cm (0,1073 m)  (1₃ x 32,2 cm)

 Tinggi tangki (H) : 90 cm (0,90 m)

Tabel 2. Pola aliran hasil perngadukan dalam percobaan Kecepatan putaran = 115,6 rpm

Tampak Atas Tampak Samping

Tabel 3. Pola aliran hasil perngadukan dalam percobaan Kecepatan putaran = 169 rpm

(17)

17 Tabel 4. Pola aliran hasil perngadukan dalam percobaan

Kecepatan putaran = 220 rpm

(18)

18 Tabel 7. Pola aliran hasil perngadukan dalam percobaan

Kecepatan putaran = 360 rpm

(19)

19 b. Waktu pengadukan

Tabel 9. Waktu pengadukan RPM 𝝆 (gr/ml) 𝝁 (cP) Suhu (oC) t1 (s) 𝝆 (gr/ml) 𝝁 (cP) Suhu (oC) t2 (s) 266 0,64 20 23 7,8 0,6444 20 23 6,7 280,2 0,6372 20 23 5,2 0,6404 20 23 5,2 300,2 0,6416 20 23 4,5 0,6404 20 24 6,6 323,2 0,6428 20 23 4,3 0,6424 20 24 4 340,6 0,64 20 23 4 0,6412 20 24 3,7 4.2. Pengolahan Data

a. Menghitung Reynold Number pengaduk

Nre =D2_μNρ ; dimana N =RPM₆₀

Tabel 10. Perolehan Bilangan Reynold (NRe)

Kecepatan putaran (rpm) 𝝆 (103 kg/m3) 𝝁 (x 10-3 kg/m.s) NRe untuk t1 NRe untuk t2 1 2 266 0,64 0,6444 20 1633 1644,58 280,2 0,6372 0,6404 20 1713,02 1721,62 300,2 0,6416 0,6404 20 1847,96 1844,51 323,2 0,6428 0,6424 20 1993,27 1992,02 340,6 0,64 0,6412 20 2091,43 2095,35 Ketarangan:

 Massa jenis 1 adalah massa jenis larutan kanji yang telah ditambahkan NaOH dan massa jenis 2 adalalah massa jenis larutan kanji yang telah ditambahkan H2SO4.  Viskositas diasumsikan 20 karena pada saat pengukuran jarum dimencapai skala

(20)

20 b. Menentukan mixing time factor

Nilai ntT (Mixing time factor) dapat diperkirakan dari gambar grafik :

Gambar 4. Grafik antara Reynold Number dengan mixing time factor Tabel 11. Nilai mixing time factor

No. NRe untuk t1 NRe untuk t2 ntr 1. 1633 1644,58 800 2. 1713,02 1721,62 700 3. 1847,96 1844,51 650 4. 1993,27 1992,02 600 5. 2091,43 2095,35 500 Keterangan:

Perbedaan antara Nre untuk t1 dengan Nre untuk t2 tidak terlalu berbeda jauh, sehingga nilai

ntr dengan penentuan secara grafis diaanggap sama. Karena ketelitian dengan metode grafis

(21)

21 c. Menghitung blending time

ft = ntT [ 𝐷𝑎 𝐷𝑡] 3/2 _[𝐷𝑡 𝐻] 1/2 _[ 𝑔 𝑛2_𝐷𝑎]1/6

Tabel 12.Penentuan nilai blending time Kecepatan putar (rpm) ntr Dt (m) Da (m) H (m) ft 266 800 0,322 0,1073 0,90 30,475 280,2 700 0,322 0,1073 0,90 26,207 300,2 650 0,322 0,1073 0,90 23,78 323,2 600 0,322 0,1073 0,90 21,419 340,6 500 0,322 0,1073 0,90 17,54 4.3. Penyajian Hasil Percobaan

a. Grafik waktu pengadukan terhadap reynold number untuk t1 dan t2

Gambar 5. Grafik hubungan antara waktu pengadukan dan reynold number untuk t1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 W ak tu P en gad u kan , t 1 (s ) Reynold Number

(22)

22 Gambar 6. Grafik hubungan antara waktu pengadukan dan reynold number untuk t2

b. Grafik reynold number dengan blending time (ft)

Gambar 7. Grafik hubungan reynold number untuk t1 dengan blending time

0 1 2 3 4 5 6 7 8 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 W ak tu P en gad u kan , t 2 (s ) Reynold Number 0 5 10 15 20 25 30 35 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 B len d in g t im e Reynold Number

(23)

23 Gambar 8. Grafik hubungan reynold number untuk t2 dengan blending time

0 5 10 15 20 25 30 35 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 B len d in g T im e Reynold Number

(24)

24 BAB V

PEMBAHASAN DAN SIMPULAN

5.1. Pembahasan

a. Pembahasan Aldi Muhamad Ramdani (141411002)

Pada praktikum kali ini dilakukan percobaan pengadukan dan pencampuran. Tipe pengaduk yang digunakan adalah tree blade. Pengaduk tersebut digunakan untuk pencampuran dengan bahan dengan viscositas rendah dengan putaran yang tinggi. Hal tersebut sesuai dengan bahan yang akan digunakan yaitu larutan kanji yang memiliki viscositas rendah. Pengaduk tersebut telah memiliki Buffle yang digunakan untuk mencegah terbentuknya vortex. Vortex merupakan pola yang dihasilkan dari energi sentrifugal yang dapat meningkatkan ketinggian fluida pada dinding dan memperendah ketinggian fluida pada pusat putaran.

Percobaan yang dilakukan untuk melihat pola aliran yang dibentuk oleh pengaduk dalam tangki dengan memasukkan kacang hijau dan air, lalu menyalakan pengaduk. Kacang hijau digunakan supaya memudahkan dalam melihat pola liran dalam tangki. Variasi dilakukan pada kecepatan putaran pengaduk yaitu 115,6 rpm, 169 rpm, 220 rpm, 261 rpm, 298 rpm, 360 rpm, dan 423 rpm. Berdasarkan hasil percobaan pada Tabel 2 sampai Tabel 8, pola aliran dalam tangki awalnya searah dalam artian pada satu lajur, semakin cepat putaran pengaduk, pola aliran semakin tak beraturan (turbulen). Pola aliran turbulen selain disebabkan oleh kecepatan putaran, disebabkan pula oleh letak pengaduk yang ditempatkan di tengah. Pola aliran direkayasa supaya menghasilkan aliran yang tak beraturan bertujuan untuk menghasilkan efek pencampuran yang lebih efektif. Adanya buffle akan mengakibatkan aliran berbelok arah dari tepi dinding menuju pusat tangki, sehingga menyebabkan efek pencampuran bertambah efektif.

Mengetahui waktu pengadukan dilakukan dengan mencampurkan larutan kanji 17 L dengan NaOH 2 M 30 mL, lalu dinetralkan kembali dengan mencampurkan 30 mL larutan H2SO4 2M. Saat waktu pencampuran akan terjadi perubahan warna dari

merah muda menjadi putih atau putih menjadi merah muda, saat itu campuran merata dicatat waktunya dan juga dilakukan analisis berat jenis (ρ), suhu (T) dan viskositas larutan (𝜇) sebelum dan sesudah pencampuran dilakukan. Variasi yang dilakukan adalah kecepatan putaran pengaduk dengan kecepatan 266 rpm, 280,2 rpm, 300,2 rpm,

(25)

25 323,2 rpm, dan 340,6 rpm. Berdasarkan Tabel 9 semakin cepat kecepatan putaran pengaduk maka semakin cepat pula waktu pencampuran. Hal tersebut bisa terjadi karena kecepatan putaran yang tinggi maka pola aliran pun semakin tak beraturan, dengan tak beraturannya pola aliran maka bahan yang akan dicampurkan akan mengalami gejolak yang menyebabkan pencampuran lebih cepat, sehingga waktu pencampuran semakin cepat hal tersebut bisa dibuktikan dengan penentuan mixing time factor pada Gambar 4 dan Tabel 11. Berdasarkan Gambar 5 dan Gambar 6, semakin cepat waktu pengadukan maka semakin tinggi nilai Reynold. Hal tersebut terjadi karena waktu pengadukan cepat disebabkan oleh kecepatan putaran yang tinggi, dengan kecepatan putaran yang tinggi maka pola aliran dalam tangki pun menjadi tak teraturan, dengan pola aliran yang tak beraturan maka nilai reynold pun semakin tinggi. Berdasarkan Gambar 7 dan Gambar 8, dapat disimpulkan semakin kecil nilai blending time, maka semakin rendah nilai reynoldnya.

Dilihat dari hasil percobaan yang ada, rejim aliran yang dilakukan pada percobaan ini adalah laminar. Berdasarkan nilai Reynold yang kurang dari 2300. Selain itu secara visual, pola aliran yang terjadi aliran pada satu lajur dan terjadi secara lancar. b. Pembahasan Khoirin Najiyyah Sably (141411015)

Pada praktikum kali ini dilakukan percobaan pengadukan dan pencampuran. Tujuan dari praktikum ini adalah untuk mengetahui pola aliran yang terbentuk didalam tangki oleh pengaduk, membuat grafik bilangan Reynolds terhadap waktu pengadukan (ntT) dan blending time (ft), dan menentukan daerah rezim aliran operasi pengadukan.

Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjasdinya gerakan di dalam bahan yang diaduk. Tujuan operasi pengadukan adalah terjadinya pencampuran. Pencampuran merupakan operasi yang bertujuan mengurangi ketidaksamaan kondisi, suhu, atau sifat lain yang terdapat dalam suatu bahan (Departemen Teknik Kimia ITB, nodate).

Percobaan ini dilakukan menggunakan tangki berpengaduk dengan jenis tree-blades. Jenis pengaduk ini biasa digunakan untuk pencampuran dengan bahan dengan viskositas rendah dengan putaran yang tinggi dan arah aliran aksial. Tangki yang digunakan berbentuk bejana dengan bagian dasar berbentuk melengkung. Hal ini bertujuan mencegah terjadinya stagnasi, yaitu penumpukan pada bagian sudut bejana, sehingga pengadukan tidak berlangsung sempurna. Pada praktikum ini dilakukan dua

(26)

26 tahap percobaan yaitu menentukan pola aliran dari pengadukan dengan kecepatan yang bervariasi dan menentukan waktu pengadukan dengan kecepatan yang bervariasi. Percobaan pertama adalah untuk mengetahui pola aliran yang terbentuk dari pengadukan dengan kecepatan yang bervariasi. Bahan yang digunakan adalah kacang hijau. Dilakukan tujuh kali percobaan dengan kecepatan putaran yang berbeda-beda. Jenis pola aliran yang didapat dari hasil percobaan yaitu pola aliran aksial yaitu pola aliran sejajar dengan sumbu putaran dan pola aliran tangensial dimana arah pengadukannya menimbulkan vortex. Pada praktiknya pada kecepatan 115,6 rpm, kacang hijau jatuh ke kolom bagian keluaran dari tangki, tetapi pada kecepatan 220 rpm kacang terangkat dengan adanya putaran. Hal ini dapat dibuktikan pada tabel 2 hingga tabel 8 pola aliran yang dihasilkan oleh pengadukan disebabkan oleh beberapa faktor diantaranya adalah putaran pengaduk, posisi pengaduk, dan jenis tangki yang digunakan. Dari hasil pengamatan pada saat praktikum, pada proses pencampuran dengan pengaduk jenis propeler tree blades tanpa menggunakan buffle, bahwa semakin tinggi kecepatan putaran maka pola aliran akan berubah. Pada saat kecepatan pengadukan pada 220 rpm membentuk pola aliran aksial kemudian semakin cepat putaran pengaduk pola aliran berubah menjadi tangensial karena terbentuk vorteks. Vorteks adalah terjadinya aliran yang akan membentuk lubang disekitar pengaduk sehingga akan memperlambat waktu pencampuran. Terbentuknya vorteks diakibatkan karena adanya sirkulasi aliran laminer yang cenderung membentuk lubuk-lubuk disekitar poros pengaduk. Semakin tinggi laju kecepatan putaran pengaduk maka vorteks yang dihasilkan semakin dalam.

Percobaan kedua dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu pengadukan dan pencampuran yang dibutuhkan pada variasi kecepatan pengaduk yang berbeda. Bahan yang digunakan adalah tepung kanji yang dilarutkan pada 15 liter air. Hal yang diamati adalah perubahan warna dan waktu pengadukan pencampuran yang dikarenakan penambahan 30 mL NaOH 2 M dan 5 mL indikator phenoptalein dan waktu pengadukan yang dikarenakan pemberian 15 mL H2SO4 2 M. Semakin cepat

putaran pengaduk maka semakin cepat waktu pencampuran hingga warna larutan berubah. Waktu pertama (t1) diambil ketika warna telah berwarna merah muda merata setelah ditambahkan 30 mL NaOH 2 M dan 5 mL indikator phenoptalein dan waktu kedua (t2) diambil ketika warna telah kembali seperti semula (berwarna putih) setelah ditambahkan 15 mL H2SO4 2 M.

(27)

27 Berdasarkan hasil yang didapat, dilakukan perhitungan bilangan Reynolds. Setelah itu diplotkan ke dalam grafik Reynolds numbers vs waktu pengadukan untuk t1 dan t2, terlihat bahwa semakin besar nilai bilangan Reynolds maka waktu pengadukan semakin kecil. Hal tersebut dapat dilihat pada gambar 5 dan gambar 6. Berdasarkan literatur, besar kecepatan putaran pengaduk maka Reynold Number (Nre) maka semakin besar pula jadi antara kecepatan putaran dan Reynold Number (Nre) berbanding lurus. Pada praktikum ini pada pengadukan dengan bahan kanji memiliki nilai bilangan Reynold kurang dari 2000 sehingga pola aliran yang dihasilkan adalah laminer. Untuk kasus pengadukan dengan tepung kanji pola aliran laminer disebabkan kecepatan pemutar sangat kecil karena itu sebaiknya pada pencampuran dengan viskositas yang tinggi diperlukan pengadukan yang lebih cepat agar proses pengadukan dan waktu pengadukan lebih efektif. Setelah itu dibuat grafik Blending time vs Reynolds numbers didapat hubungan bahwa semakin tinggi nilai bilangan Reynold maka waktu pengadukan semakin cepat sehingga mixing time factor yang dihasilkan semakin kecil.

Dapat disimpulkan bahwa nilai mixing time factor berbanding lurus dengan nilai blending time sehingga akan berbanding terbalik dengan Bilangan Reynolds. Berdasarkan grafik Reynold Number vs blending time, terlihat bahwa semakin besar Nre maka nilai blending time semakin kecil. Hal ini dapat dilihat pada gambar 7 dan 8. Dilihat dari beberapa variasi rpm, dapat dilihat bahwa semakin lama waktu pengadukan, densitas dan viskositas larutan pun semakin tinggi. Hal ini diakibatkan dengan waktu pengadukan yang lebih lama, larutan akan semakin tercampur dan semakin kental, sehingga viskositas pun semakin tinggi. Selain itu, densitasnya pun semakin tinggi.

c. Pembahasan Muhammad Naufal Syarief (141411019)

Praktikum ini bertujuan untuk mengetahui pola aliran yang terbentuk didalam tangki oleh pengaduk, membuat grafik bilangan Reynolds terhadap waktu pengadukan (ntT) dan blending time (ft), dan menentukan daerah rezim aliran operasi pengadukan.

Pada dasarnya pencampuran dengan pengaduk untuk mencampur fasa padat ke fasa cair diperuntuhkan untuk memperoleh campuran dengan viskositas rendah,biasanya berupa tangki pencampur beserta perlengkapannya. Dimensi tangki,jenis pengaduk/impeller, kecepatan putar pengaduk, jenis pengaduk, jumlah penyekat/buffle, letak impeller beserta dimensinya bergantung dari kapasitas dan jenis bahan yang dicampurkan.

(28)

28 Pengadukan pada proses pencampuran yang dilakukan saat praktikum menggunakan pengadukan dengan jenis tree blade marine tipe propeller cocok digunakan pada praktikum ini karena pada jenis ini cocok digunakan pada kecepatan 400-1750 rpm. Dimana praktikum ini berkisar dari 200-400 rpm dan sesuai digunakan untuk viskositas rendah untuk bahan yang digunakan pada praktikum yang dilakukan. Dari berbagai variasi kecepatan putaran dapat diketahui pola aliran yang terjadi, semakin cepat kecepatan putaran dari impeller maka pola aliran yang dihasilkan akan semakin merata pada tangki, namun akan terjadi vortex (pusaran) karena posisi dari pengaduk berada pada pusat diameter tangki (center). Vortex atau pusaran akan semakin besar seiring dengan peningkatan kecepatan putaran yang juga meningkatkan turbulensi dari fluida yang diaduk. Vortex dapat dihindari dengan merubah posisi sumbu pengaduk dan bemberikan baffle (penyekat). Namun, untuk susunan alat pada praktikum tidak digunakan buffle dan posisi pengaduk tetap dipusat diameter tangki. Hal ini tetap menyebabkan vortex pada proses pencampuran yang dilakukan. Akan tetapi vortex untuk praktikum ini tidak terlalu menyebabkan masalah karena proses yang dilakukan berupa melarutkan padatan dalam cairan (tepung kanji dalam air). Vortex akan menimbulkan masalah pada proses dispersi gas ke cairan karena vortex menghasilkan disperse udara yang menghambat dispersi gas ke cairan.

Dari praktikum yang dilakukan dihasilkan data dari pengamatan yang kemudian dilakukan perhitungan Bilangan Reynold. Reynold number digunakan untuk menentukan mixing time dengan menggunakan grafik Propeller Da/Dt = 1/3. Hasil dapat dilihat pada tabel 11. Nilai mixing time akan digunakan untuk menentukan waktu pencampuran (blending time) dengan menggunakan persamaan yang diberikan oleh Norwood dan Metzner.

Dari praktikum dan perhitungan data yang dilakukan dapat diketahui bahwa untuk pengadukan, semakin cepat kecepatan putaran pengaduk maka nilai NRenya semakin besar dan waktu pengadukan yang diperlukan untuk pencampuran semakin berkurang. Sedangkan rejim aliran ditentukan dari harga NRe yang didapatkan. Dalam operasi pengadukan diketahui bahwa rejim aliran yang terjadi pada praktikum ini adalah rejim laminer < 2300.

(29)

29 d. Pembahasan Ummi Kultsum Ratu Luhrinjani (141411030)

Pada praktikum kali ini yaitu percobaan pengadukan dan pencampuran yang bertujuan untuk mengetahui pola aliran yang terbentuk didalam tangki oleh pengaduk, membuat grafik bilangan Reynolds terhadap waktu pengadukan (ntT) dan blending time

(ft), dan menentukan daerah rezim aliran operasi pengadukan. Percobaan dilakukan pada sebuah reaktor tangki kaca, dengan diameter pengaduk 0,1073 meter, diameter tangki 0,322 meter dan tinggi tangki 0,9 meter. Jenis pengaduk/propeller yang digunakan adalah tree blade / marine propeller. Jenis pengaduk propeller ini biasa 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. Kapasitas sirkulasi yang dihasilkan besar dan sensitif terhadap beban head. Bahan baku yang digunakan yaitu tepung kanji, air keran, larutan NaOH, larutan asam sulfat, indicator pp.

Pada Praktikum dibagi menjadi dua bagian. Pertama adalah untuk mengetahui pola aliran dari pengadukan dan yang kedua adalah untuk mengetahui waktu pegadukan dan pencampuran pada alat pengaduk. Masing–masing bagian itu dilakukan pada beberapa variasi, dengan perbedaan kecepatan pengaduk pada setiap variasinya. Pada percobaan pertama dilakukan sebanyak 5 variasi kecepatan pengaduk. Dari masing-masing variasi dilakukan pengamatan arah aliran. Dari pengamatan tersebut, didapatkan data bahwa semakin cepat putarannya, maka semakin besar kedalaman pusaran yang terdapat pada permukaan pada daerah sekitar pengaduk sehingga kecepatan putaran akan mengakibatkan semakin cepatnya putaran dibawah baling– baling dan ada pola yang terbentuk. Sesuai dengan pengaruh dari jenis pengaduk yang digunakan yakni jenis propeller maka menimbulkan aliran arah aksial, arus aliran meninggalkan pengaduk secara kontinu melewati fluida ke satu arah tertentu sampai dibelokkan oleh dinding atau dasar tangki.

Pada percobaan kedua, dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu pengadukan dan pencampuran yang dibutuhkan pada variasi kecepatan putaran yang berbeda. Tahapan percobaan kedua ini diawali dengan melakukan kalibrasi satuan yang ada pada skala menjadi RPM menggunakan Tachometer. Kemudian dilanjutkan dengan pembuatan larutan kanji, yakni 500 gram tepung kanji yang dilarutkan pada 2 liter air panas, kemudian diencerkan pada air biasa sebanyak 15 liter didalam tangki.

Larutan kanji tersebut ditambahkan indicator pp sebanyak 5 mL sebelum dilakukan pengamatan, kemudian diambil sebagian untuk dilakukan perhitungan massa

(30)

30 jenis dan viskositas dari larutan kanji tersebut. Pengamatan yang dilakukan adalah mencatat waktu yang dibutuhkan oleh larutan kanji untuk berubah warna menjadi merah muda dan merata ketika ditambah NaOH 2M sebanyak 20 mL dan waktu untuk kmenjadi berwarna putih kembali ketika ditambahkan larutan asam sulfat 2M sebanyak 20 mL. Perubahan warna itu menunjukan telah terjadi homogenisasi pada larutan kanji. Sesudah pengamatan dilakukan, dilakukan kembali pengukuran massa jenis dan viskositas. Tahap percobaan diulangi sebanyak 5 variasi dengan RPM masing–masing yaitu 266, 280,2, 300,2, 323,2, dan 340,6

Berdasarkan data-data yang didapat dari pengamatan, kemudian dilakukan perhitungan Bilangan Reynolds. Hasil dari perhitungan bilangan Reynolds tersebut kemudian dimasukan kedalam grafik mixing time factor vs Reynolds numbers menggunakan grafik propeller Da/Dt = 1/3 , sehingga akan didapatkan nilai dari mixing time factor sesudah proses penambahan NaOH dan asam sulfat. Setelah didapatkan harga mixing time factor tersebut kemudian dilakukan perhitungan waktu pencampuran dengan menggunakan persamaan yang diberikan oleh Norwood dan Metzner yaitu bilangan Fraude. Namun Bilangan ini hanya diperhitungkan pada sistem pengadukan dalam tangki tidak bersekat. Bilangan froude dapat diabaikan pada tangki bersekat dengan aliran yang sangat turbulen. Bilangan froude dalam persamaan tersebut menyiratkan adanya efek vorteks, yang dapat terjadi pada bilangan reynolds yang rendah (alirannya bukan turbulen). Dari hasil perhitungan bilangan Reynods baik sesudah penambahan NaOH maupun asam sulfat didapatkan data bahwa semakin cepat putaran pengaduk makan nilai NRe nya semakin besar dan waktu pengadukan yang diperlukan untuk pencampuran semakin berkurang. Karena menurut teori pun waktu pencampuran akan berbanding terbalik dengan kecepatan pengaduk dan data yang didapatkan ini sudah sesuai dengan persamaan yang berlaku, baik untuk bilangan Reynolds maupun waktu pencampuran.

Grafik yang dibentuk antara bilangan Reynolds dan blending time sesudah penambahan NaOH dan sesudah penambahan Asam sulfat relatif sama. Hal ini dikarenakan molaritas yang digunakan sama. Grafik menunjukan trend menurun. Memang terdapat sedikit perbedaan pada grafik, hal ini dikarenakan pengukuran waktu yang kurang presisi. Grafik lain yang dibentuk adalah perbandingan antara mixing time factor dengan bilangan Reynolds. Dari grafik tersebut didapat bahwa semakin besar NRe maka waktu yang diperlukan untuk pencampuran dan homogenisasi semakin cepat.

(31)

31 Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin besar NRe akan semakin cepat putarannya dan semakin cepat putarannya maka waktu pencampurannya akan lebih cepat. Semakin besar NRe maka waktu yang diperlukan untuk pencampuran dan homogenisasi semakin cepat. Dari dua grafik tersebut dapat dilihat bahwa mixing time factor berbanding lurus dengan blending time factor. Semakin besar NRe maka semakin semakin cepat mixing time factor dan blending time factor yang digunakan.

5.2 Simpulan

 Pola Aliran dalam berbagai kecepatan putaran pengaduk menunjukan semakin cepat,pola yang dihasilkan akan merata pada fluida dalam tangki

 Dari grafik reynold terhadap waktu yang diperlukan dalam pencampuran, semakin besar bilangan reynold, waktu pencampuran semakin berkurang. Data dapat dilihat pada tabel 11.

 Blending time akan semakin berkurang jika kecepatan putaran semakin besar. Data dapat dilihat pada tabel 12.

(32)

32 DAFTAR PUSTAKA

Coulson, J.M. and Richardson, J.F., 1983, “Chemical Engineering”, Vol 3, Pergamon Press, Oxford.

Departemen Teknik Kimia ITB. 2009. “Modul-109 Tangki Berpengaduk”.

http://akademik.che.itb.ac.id/labtek/wp-content/uploads/2009/02/modul-109-tangkiberpengaduk.pdf [08 April 2016]

Geankoplis, C.J.2003. Transport Process amd Unit Operation. Ally and Bacon: New Yor

USU. 2011. “Chapter II”.

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/18295/3/Chapter%20II.pdf [08 April 2016]

Prajitno, Danawati Hari. 2009. “Mixing dalam Industri Proses: Simulasi Hidrohinamika Gas-Liquid”. Tersedia: http://digilib.its.ac.id/mixing-dalam-industri-proses-simulasi-hidrodlnamika-gasliquid-3747.html. [11 April 2016].

(33)

33 LAMPIRAN