5
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Penelitian, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Penelitian ini dilaksanakan selama 6 bulan. Pada penelitian ini mengkaji kecepatan pemisahan kerosin dalam air, sekaligus untuk menentukan DSD dari kerosin dalam air.
3.1 BAHAN YANG DIGUNAKAN
1. Kerosin (ρ = 0,810gr/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 kerosin dalam air
4. Coulter LS100 sebagai pembanding/menguji hasil kemurnian. Ilustrasi gambar peralatan dapat dilihat seperti pada gambar 3.1.
Gambar 3.1 Skematik dari Peralatan Penelitian Ket :
1. Neraca analitik (analytical balance) PW 254
2. Benang penggantung batang 3. Batang logam (weighing bar)
4. Gelas ukur (measuring glass cylinder) 5. Fasa kontinu
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. Tabel 3.1 Tabel Rancangan Percobaan
Perlakuan penelitian dilakukan dengan mencampurkan kerosin ke dalam air pada suhu 298 K (suhu kamar) sehingga terbentuk dua lapisan sesuai dengan perbandingan konsentrasi tersebut di atas. Pada penelitian ini mengukur lama pemisahan antara kerosin dengan air, dimana pada pemisahan ini 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 selama 1 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 gas chromatography.
3.4 FLOWCHART PENELITIAN
Gambar 3.2 Flowchart Penelitian Metode Pengapungan Batang Tidak
Ya Ya
Tidak
Air dan kerosin sebanyak 1L dengan perbandingan 99% : 1% (v/v) dimasukan ke dalam gelas ukur, 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
Diameter batang dan diameter tabung yang
lain ?
Perbandingan konsentrasi air dan kerosin yang lain ?
BAB IV
PEMBAHASAN
4.4 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 air dengan kerosin 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% Air : 1% Kerosin
Gambar 4.1 Grafik Pengaruh Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi 99% Air : 1% Kerosin dengan Pengaruh Diameter Batang
Pada awal proses, gelembung yang berukuran besar akan mengapung terlebih dahulu sehingga penurunan massa batang yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka penurunan massa batang mulai berkurang hingga semua gelembung mengapung dan massa batang menjadi konstan [14]. Untuk mengetahui kerosin dan air sudah terpisah dengan sempurna digunakan metode Gas Chromatography. Sampel yang diambil untuk menguji kadar air adalah sampel pada detik ke-100 dan detik ke-680. Pada detik ke-100 massa batang sudah mulai konstan menandakan bahwa kerosin dan air sudah terpisah tetapi belum sempurna dengan kadar air sebesar 94,9496%. Namun, massa batang tersebut masih tetap meningkat
Konsentrasi 99 % Air : 1 % Kerosin
Waktu (detik)
M
a
ss
a
B
a
tan
g
(x
10
-6
k
g
secara perlahan sampai detik ke-680 dengan kadar air didapat 97,1326% dari kadar awal air sebesar 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 pemisahan minyak dalam air, jika dibandingkan pemisahan dengan menggunakan batang ataupun pemisahan tanpa batang terdapat perbedaan waktu pemisahan yang kecil. Hal ini dikarenakan adanya wall effect yang menyebabkan adanya perbedaan waktu pemisahan.
Pada dasarnya, kadar kerosin untuk detik ke-100 dan detik ke-680 adalah sama untuk semua variasi ukuran diameter batang, namun pada penelitian ini hanya pada batang 15 mm yang sudah mulai konstan pada detik 100 hingga detik ke-680. Sementara pada diameter ukuran batang 5 mm, 10 mm dan 20 mm masih mengalami penurunan hingga akhirnya konstan. Hal ini menunjukkan bahwa, batang dengan ukuran diameter 15 mm mampu mendeteksi perpindahan gelembung dibandingkan dengan diameter ukuran batang lainnya.
4.1.2 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 98% Air : 2% Kerosin
dan massa batang mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-505. Pada detik ke-505 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah.
Pada pemisahan minyak dalam air, jika dibandingkan pemisahan dengan menggunakan batang ataupun pemisahan tanpa batang terdapat perbedaan waktu pemisahan yang kecil. Hal ini dikarenakan adanya wall effect yang menyebabkan adanya perbedaan waktu pemisahan.
Gambar 4.2 Grafik Pengaruh Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi 98% Air : 2% Kerosin dengan Pengaruh Diameter Batang
Waktu (detik)
Konsentrasi 98 % Air : 2 % Kerosin
M
as
sa
Batan
g
(x
10
-6
k
g
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 akan mengapung terlebih dahulu sehingga penurunan massa batang yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka penurunan massa batang mulai berkurang hingga semua gelembung mengapung dan massa batang menjadi konstan [14].
4.1.3 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 97% Air : 3% Kerosin 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% air : 3% kerosin. Pada awal proses, gelembung yang berukuran besar akan mengapung terlebih dahulu sehingga penurunan massa batang yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka penurunan massa batang mulai berkurang hingga semua gelembung mengapung dan massa batang menjadi konstan [14].
Gambar 4.3 Grafik Pengaruh Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi 97% Air : 3% Kerosin dengan Pengaruh Diameter Batang
Pada pemisahan minyak dalam air, jika dibandingkan pemisahan dengan menggunakan batang ataupun pemisahan tanpa batang terdapat perbedaan waktu pemisahan yang kecil. Hal ini dikarenakan adanya wall effect yang menyebabkan adanya perbedaan waktu pemisahan. Pada penelitian ini, massa batang menjadi
Waktu (detik)
M
as
sa
Batan
g
(x
10
-6
k
g
)
singkat 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).
4.1.4 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 96% Air : 4% Kerosin
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% air : 4% kerosin. Pada awal proses, gelembung yang berukuran besar lebih dulu mengapung sehingga penurunan massa batang yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka penurunan massa batang mulai berkurang hingga semua gelembung mengapung dan massa batang menjadi konstan [14].
Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi 96% Air : 4% Kerosin dengan Pengaruh Diameter Batang
Pada pemisahan minyak dalam air, jika dibandingkan pemisahan dengan menggunakan batang ataupun pemisahan tanpa batang terdapat perbedaan waktu pemisahan yang kecil. Hal ini dikarenakan adanya wall effect yang menyebabkan adanya perbedaan waktu pemisahan. Pada penelitian ini, massa batang menjadi singkat 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).
Waktu (detik)
M
a
ss
a
B
a
tan
g
(x
10
-6 k
g
)
4.1.5 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 95% Air : 5% Kerosin
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% air : 5% kerosin. Pada awal proses, gelembung yang berukuran besar lebih dulu mengapung 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 [14].
Gambar 4.5 Grafik Pengaruh Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi 95% Air : 5% Kerosin dengan Pengaruh Diameter Batang
Konsentrasi 95 % Air : 5 %
Waktu (detik)
M
a
ss
a
B
a
tan
g
(x
10
-6
k
g
Pada gambar 4.5 dapat dilihat bahwa pada diameter batang 20 mm massa batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-317 dan massa batang mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik 1260. Pada detik ke-1260 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 15 mm massa batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-245 dan massa batang mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-880. Pada detik ke-880 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 10 mm massa batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-181 dan massa batang mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-812. Pada detik ke-812 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 5 mm massa batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-143 dan massa batang mulai menurun 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 pemisahan minyak dalam air, jika dibandingkan pemisahan dengan menggunakan batang ataupun pemisahan tanpa batang terdapat perbedaan waktu pemisahan yang kecil. Hal ini dikarenakan adanya wall effect yang menyebabkan adanya perbedaan waktu pemisahan. Pada penelitian ini, massa batang menjadi singkat 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).
4.5 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 air dengan kerosin sebesar 99% : 1%; 98% : 2% dan 95 % : 5% yang divariasikan dengan ukuran diameter batang.
4.2.1 Estimasi Ukuran Gelembung Pada Perbandingan Konsentrasi 99% Air : 1% Kerosin dengan Pengaruh Ukuran Diameter Batang
kerosin, 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% Air : 1% Kerosin dengan (a) Metode Hukum Stokes dan (b) Metode Allen
Gambar (a) menunjukkan distribusi ukuran gelembung yang diperoleh dari perhitungan dengan metode Stokes, dimana dapat dilihat bahwa rentang distribusi ukuran gelembung dengan perhitungan metode Stokes tidak sebanding dengan metode Coulter Counter. Gambar (b) menunjukkan distribusi ukuran gelembung yang diperoleh dari perhitungan dengan menggunakan metode Allen. Pada grafik tersebut dapat dilihat bahwa perhitungan dengan menggunakan metode Allen mendekati dengan hasil yang diperoleh pada metode Coulter Counter, hal ini dikarenakan gelembung yang dihasilkan oleh rasio konsentrasi 99 % air : 1 % kerosin 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 ukuran distribusi gelembung.
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 % Air : 1 % Kerosin
4.2.2 Estimasi Ukuran Gelembung Pada Perbandingan Konsentrasi 98% Air : 2% Kerosin dengan Pengaruh Ukuran Diameter Batang
(a) (b)
Gambar 4.7 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Perbandingan Konsentrasi 98% Air: 2% Kerosin dengan (a) Metode Hukum Stokes dan (b) Metode Allen
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 Allen, distribusi ukuran gelembung pada diameter batang 15 mm lebih mendekati hasil dari metode Coulter Counter dibandingkan dengan diameter 5 mm, 10 mm dan 20 mm. Jadi, dapat disimpulkan bahwa Metode Pengapungan Batang ini dapat digunakan untuk memberikan distribusi ukuran gelembung. Tabel 4.2 menunjukkan hasil ukuran gelembung yang didapat dari persamaan Allen dan Stokes dengan ukuran diameter batang yang digunakan.
Tabel 4.2 Ukuran Diameter Batang dan Ukuran Gelembung pada Konsentrasi 98 % Air : 2 % Kerosin
Ukuran Diameter Batang (mm)
Stokes
Ukuran Gelembung (µm)
Allen
Ukuran Gelembung (µm)
20 554,2 – 38,3 861,5 – 9,01
15 554,2 – 55,6 861,5 – 8,7
10 554,2 – 45,8 861,5 – 9,9
4.2.3 Estimasi Ukuran Gelembung Pada Perbandingan Konsentrasi 95% Air : 5% Kerosin dengan Pengaruh Ukuran Diameter Batang
Gambar 4.8 berikut memberikan grafik distribusi ukuran gelembung dengan perbandingan massa batang terhadap waktu dengan rasio konsentrasi 95% air : 5% kerosin, dimana hasil data yang diperoleh diolah menggunakan perhitungan dengan metode hukum Stokes dan metode Allen dan dibandingkan dengan metode Coulter Counter.
(a) (b)
Gambar 4.8 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Perbandingan Konsentrasi 95% Air: 5% Kerosin dengan (a) Metode Hukum Stokes dan (b) Metode Allen
Gambar (a) menunjukkan distribusi ukuran gelembung yang diperoleh dari perhitungan dengan metode Stokes, dimana dapat dilihat bahwa rentang distribusi ukuran gelembung dengan perhitungan metode Stokes tidak sebanding dengan metode Coulter Counter. Gambar (b) menunjukkan distribusi ukuran gelembung yang diperoleh dari perhitungan dengan menggunakan metode Allen. Pada grafik 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 95% air : 5% kerosin memiliki Bilangan Reynold dengan rentang yang berada pada pada aliran Allen, yaitu Re = 0,2 – 500. Jadi dapat disimpulkan bahwa metode Allen lebih sesuai dibandingkan dengan metode Stokes dalam mengukur ukuran distribusi gelembung.
ukuran gelembung. Dari hasil perhitungan dengan menggunakan metode Allen, 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 4.3 menunjukkan hasil ukuran gelembung yang didapat dari persamaan Allen dan Stokes dengan ukuran diameter batang yang digunakan.
Tabel 4.3 Ukuran Diameter Batang dan Ukuran Gelembung pada Konsentrasi 95 % Air : 5 % Kerosin
4.3 APLIKASI METODE PENGAPUNGAN BATANG TERHADAP
ESTIMASI DISTRIBUSI UKURAN GELEMBUNG DENGAN
PENGARUH UKURAN DIAMETER TANGKI
Gambar 4.9 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Perbandingan Konsentrasi 99% Air : 1% Kerosin dengan Pengaruh Diameter Tangki
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 dipengaruhi oleh rasio luas penampang, dimana rasio luas penampang dapat dihitung dengan persamaan berikut :
, = ! " # $
! # %!
Distribusi ukuran gelembung dapat diukur dengan menggunakan metode pengapungan batang ketika rasio a/ac adalah 0,02 – 0,2. Ukuran gelembung meningkat ketika rasio a/ac lebih dari 0,2; hal ini disebabkan dengan adanya wall effect. Wall effect akan memperlambat kecepatan perpindahan dari gelembung. Kecepatan dari perpindahan gelembung dipengaruhi oleh wall effect, ketika rasio perbandingan lebih dari 0,2 [15]. Dimana hasil dari perhitungan a/ac untuk diameter tabung 6,5 cm dengan diameter batang 15 mm sebesar 0,199921. Pada diameter tabung 6 cm dengan diameter batang 15 mm diperoleh rasio a/ac sebesar 0,212879. Oleh karena itu, perbandingan ukuran diameter tabung 6,5 cm dengan diameter batan
15 mm lebih cocok dengan metode pembanding yaitu metode coulter counter. Pada diameter tabung 6 cm dengan diameter batang 15 mm dipengaruhi oleh wall effect karena rasio a/ac yang diperoleh lebih dari 0,2. Jadi, dapat disimpulkan bahwa Metode Pengapungan Batang tidak dapat mengukur distribusi ukuran gelembung menggunakan diameter batang yang besar dengan diameter tangki yang kecil. Tabel 4.6 menunjukkan hasil ukuran gelembung yang didapat dari persamaan Stokes dengan ukuran diameter tangki yang digunakan.
Tabel 4.6 Ukuran Diameter Tangki dan Ukuran Gelembung
Diameter Tangki (cm) Ukuran Gelembung (µ m)
6 861,5 – 12,4
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 air-kerosin pada rasio konsentrasi 99% : 1% dengan menggunakan diameter batang 15 cm. Kemurnian kerosin yang dihasilkan pada detik ke-106 sebesar 94,9496 % dan pada detik ke-676 didapat 97,1326 % 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 air 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.
4. Sebaiknya digunakan neraca analitik dengan ketelitian 0,00001 agar hasil metode Pengapungan Batang semakin diketahui keakuratannya.
