BAB I PENDAHULUAN
1.1 Tujuan Percobaan
Tujuan dari percobaan ini adalah :
1. Dapat menjelaskan pola aliran yang terjadi dalam tangki berpengaduk. 2. Dapat menjelaskan pengaruh penggunaan sekat dan tanpa sekat pada pola
aliran yang ditimbulkan.
3. Dapat menghitung kebutuhan daya yang diperlukan untuk pencampuran
1.2 Latar Belakang
Dalam proses kimia khususnya dalam zat cair atau fasa cair, pengadukan merupakan salah satu cara di dalam proses pencampuran komponen untuk mendapatkan hasil yang diinginkan. Pengadukan adalah operasi yang bertujuan menggerakkan bahan-bahan yang diaduk, umumnya dilakukan untuk mencampur dan mendispersikan bahan. Bahan yang diaduk bisa berupa dua cairan yang saling melarut, padatan dalam cairan, gas dalam cairan dalam bentuk gelembung. Pengadukan juga dapat dilakukan untuk mempercepat perpindahan panas, contohnya pada pemanasan fluida dengan koil dan/atau jaket pemanas.
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pengadukan dan pencampuran yaitu konfigurasi tangki, jenis dan geometri pengaduk, posisi sumbu pengaduk, kecepatan putaran pengaduk, dan sifat fisik fluida yang diaduk. Pencampuran dalam tangki terjadi karena adanya gerak rotasi dari pengaduk dalam fluida. Pemilihan jenis dan geometri pengaduk dilakukan berdasarkan sifat fisik fluida, terutama viskositas. Selain jenis dan geometri pengaduk, kecepatan pengadukan juga mempengaruhi pola aliran melingkar. Kecepatan yang terlalu tinggi dapat mengakibatkan pusaran atau biasa disebut vorteks. Vorteks ini tidak diharapkan dalam pengadukan karena menyebabkan penurunan kualitas pengadukan, masuknya udara ke dalam fluida, dan tumpahnya fluida akibat kenaikan permukaan fluida (Winanti, 2012).
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengadukan dan Pencampuran
Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan di dalam bahan yang diaduk. Tujuan utama dari operasi pengadukan adalah terjadinya pencampuran. Pencampuran merupakan operasi yang bertujuan mengurangi ketidaksamaan kondisi, suhu, atau sifat lain yang terdapat dalam suatu bahan.
Pengadukan (agitation) menunjukkan gerakan pada suatu bahan di dalam bejana, dimana gerakan itu mempunyai pola sirkulasi tertentu. Sedangkan pencampuran (mixing), ialah peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara acak, dimana bahan yang satu menyebar ke bahan yang lain, dimana sebelumnya bahan tersebut terpisah dalam dua atau lebih fase (Geankoplis, 1993).
Proses pencampuran dalam fasa cair dilandasi oleh mekanisme perpindahan momentum didalam 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 molekul yang merupakan mekanisme pencampuran difusi.
Ketiga mekanisme terjadi secara bersama-sama, tetapi yang paling menentukan adalah eddy diffusion. Mekanisme ini membedakanpencampuran dalam keadaan turbulen dari pencampuran dalam medan alir laminar. Sifat fisik fluida yang berpengaruh pada proses pengadukan adalah densitas dan viskositas.
2.2 Tangki Berpengaduk
Pengadukan dan pencampuran merupakan operasi yang penting dalam industri kimia. Pencampuran dilakukan dengan mendistribusikan secara acak dua
fasa atau lebih yang mula-mula heterogen sehingga menjadi campuran yang homogen. Peralatan proses campuran merupakan hal yang sangat penting. Tidak hanya untuk memperoleh derajat homogenitas yang dicapai, tetapi juga mempengaruhi perpindahan panas yang terjadi. Penggunaan peralatan yang tidak tepat dapat menyebabkan konsumsi energi yang berlebihan dan merusak produk yang dihasikan. Salah satu peralatan yang menunjang keberhasilan pencampuran adalah pengaduk. Menurut Kurniawan (2011), hal yang penting dari tangki berpengaduk dalam penggunaanya adalah :
1. Bentuk. Pada umumnya digunakan bentuk silindris dan bagian bawahnya cekung.
2. Ukuran. Yaitu diameter dan tinggi tangki. 3. Kelengkapannya. Meliputi :
a. Ada tidaknya baffle, berpengaruh pada pola aliran di dalam tangki. b. Jacket atau coil pendingin/pemanas, berfungsi sebagai pengendali
suhu.
c. Letak input dan output untuk proses kontiniu.
d. Kelengkapan lainnya seperti tutup tangki dan sebagainya.
Skema lengkap dari tangki berpengaduk sederhana dapat dilihat pada Gambar 2.1 berikut. motor pereduksi gerak permukaan cairan sumur termometer poros impeler katup pengeluaran aliran inlet mantel pemanas sekat
Gambar 2.1 Sketsa Tangki Berpengaduk Sederhana (Kurniawan, 2011) 2.3 Jenis Pengaduk (Impeller)
Pengaduk dalam tangki memiliki fungsi sebagai pompa yang menghasilkan laju volumetric tertentu pada tiap kecepatan putaran dan input daya. Input daya dipengaruhi oleh geometri peralatan dan fluida yang digunakan. Profil aliran dan derajat turbulensi merupakan aspek penting yang mempengaruhi kualitas pencampuran.
Rancangan pengaduk sangat dipengaruhi oleh jenis aliran, baik aliran laminar maupun aliran turbulen. Aliran laminar biasanya membutuhkan pengaduk yang ukurannya hamper sebesar tangki. Hal ini disebabkan karena aliran laminar tidak memindahkan momentum sebaik aliran turbulen (Wallas, 1988).
Pencampuran di dalam tangki pengaduk terjadi karena adanya gerak rotasi dari pengaduk dalam fluida. Gerak pengaduk ini memotong fluida dan dapat menimbulkan arus eddy yang bergerak keseluruhan system fluida. Oleh karenanya pengadukan merupakan bagian yang paling penting dalam suatu operasi pencampuran fasa cair dengan tangki berpengaduk.
Pencampuran yang baik akan diperoleh bila diperhatikan bentuk dan dimensi pengaduk yang digunakan, karena akan mempengaruhi keefektifan proses pencampuran dan daya yang diperlukan. Berdasarkan aliran yangdihasilkan, pengaduk dapat dibagi menjadi 3 golongan, diantaranya :
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 diatas.
Berdasarkan bentuknya, impeller yang biasa digunakan secara umum dibagi menjadi empat, yaitu pengaduk baling-baling (propeller), pengaduk dayung (paddle), pengaduk turbin (turbine), dan pengaduk helical ribbon. Selain itu juga terdapat beberapa jenis impeller lainnya, yang biasanya merupakan modifikasi dari keempat bentuk tersebut.
Ada beberapa jenis pengaduk yang biasa digunakan. Salah satunya adalah baling-baling berdaun tiga. Pengaduk jenis ini bentuknya seperti baling-baling pendorong kapal dengan dua atau tiga daun yang dipasang miring. Pola aliran yang dominan terbentuk adalah pola aliran aksial (aliran sejajar sumbu pengaduk). Pengaduk propeler digunakan untuk mengaduk bahan dengan viskositas dibawah Pa.s (3000 Cp) dengan kecepatan antara 400 hingga 1750 rpm.
Gambar 2.2 (a) Pengaduk Jenis baling, (b) Daun Dipertajam, (c) Baling-Baling kapal (Kurniawan, 2011)
2. Pengaduk Dayung (Paddle)
Pola aliran impeller paddle yang dominan adalah pola aliran (aliran tegak lurus sumbu pengaduk) dan 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. Pengaduk jenis paddle ini biasa digunakam untuk viskositas antara 50-500 Pa.s.
Gambar 2.3 Pengaduk Jenis Dayung (Paddle) Berdaun Dua (Kurniawan, 2011) 3. Pengaduk Turbin (Turbine)
Pola aliran yang terbentuk pada pengaduk turbin adalah radial dan tangensial. Pengaduk turbin adalah pengaduk dayung yang memiliki banyak daun pengaduk dan berukuran pendek, digunakan pada kecepatan tinggi untuk cairan
dengan rentang kekentalan yang sangat luas. Diameter dari sebuah turbin biasanya antara 30-50% dari diameter tangki.
Turbin biasanya memiliki empat atau enam daun pengaduk. Turbin yang berdaun datar memberikan aliran yang radial. Jenis ini juga berguna untuk dispersi gas yang baik, gas akan dialirkan dari bagian bawah pengaduk dan akan menuju ke bagian daun pengaduk lalu tepotong-potong menjadi gelembung gas. Pengaduk jenis ini biasa digunakan untuk viskositas dibawah 100 Pa.s.
Turbin jenis daun yang dibuat miring sebesar 45°, 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 suspensi padat.Pengaduk dengan aliran aksial menghasilkan pergerakan fluida yang lebih besar dan pencampuran per satuan daya dan sangat berguna dalam suspensi padatan.
Gambar 2.4 (a) Flat Blades Turbine (b) (c) (Kurniawan, 2011)
4. Pengaduk Helical – Ribbon
Pengaduk jenis ini berbentuk seperti tangga spiral di sekeliling sumbu. Cairan bergerak dalam sebuah bagian aliran berliku pada bagian bawah dan naik ke bagian atas. Aliran yang dominan berbentuk adalah tangensial. Jenis pengaduk ini digunakan pada larutan dengan viskositas yang tinggi dan beroperasi pada rpm yang rendah pada bagian laminer. Pengaduk jenis ini biasa digunakan untuk viskositas diatas 1000 Pa.s dan hingga viskositas 25.000 Pa.s. Impeller jenis Hellical-Ribbon dapat dilihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Pengaduk Jenis (a), (b) & (c) Hellical-Ribbon, (d) Semi-Spiral (Kurniawan, 2011)
5. Flat Blade Pitched Paddle
Flat blade pitched paddle merupakan jenis impeller yang sederhana dan di desain dengan biaya rendah serta digunakan untuk berbagai pekerjaan. Beroperasi pada kecepatan rendah.
Gambar 2.6 Flat Blade Pitched Paddle (Wallas, 1988)
6. Radial Propeller
Beroperasi sebagai turbin agitasi atau propeller konvensional pada berbagai aplikasi.
Gambar 2.7 Radial Propeller (Wallas, 1988) 7. Studded Cage Beater
Besar bidang kontak memberikan untuk potongan yang sangat kasar dan memotong pada tindakan tertentu pada proses emulsi dan pembuatan pulp.
Gambar 2.8 Studded Cage Beater (Wallas, 1988)
8. Plain Cage Beater
Jenis impeller ini memberikan aksi pemotongan. Biasanya terpasang pada poros yang sama dengan propeller standar.
Gambar 2.9 Plain Cage Beater (Wallas, 1988)
9. Curved Blade Turbine
Curved blade turbine merupakan jenis impeller ini efektif untuk menghilangkan bahan berserat tanpa adanya fouling dan juga digunakan untuk pengeboran minyak. Impeller ini digunakan untuk kebutuhan low shear (gaya geser rendah).
10. Shrouded Turbine
Shrouded turbine merupakan jenis impeller yang digunakan untuk kapasitas pompa yang tinggi. Bekerja dengan aliran radial. Kisaran kecepatannya terbatas. Pada kecepatan yang rendah tidak mudah hancur. Efektif pada viskositas yang tinggi. Biayanya relatif tinggi. Biasanya digunakan untuk head static rendah.
Gambar 2.12 Shrouded Turbine (Wallas, 1988)
2.4 Kecepatan Pengaduk
Menurut Brodkey, dkk (1998), kecepatan pengaduk yang umum digunakan pada operasi industry kimia adalah sebagai berikut :
1. Kecepatan tinggi, berkisar pada 1750 rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk fluida dengan viskositas rendah misalnya air. 2. Kecepatan sedang, berkisar pada 1150 rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini
umumnya digunakan untuk larutan seperti sirup kental dan minyak pernis. Pengaduk dengan kecepatan lebih besar dari 1150 rpm sebaiknya tidak menggunakan cairan dengan viskositas lebih dari 50 cP atau volume lebih besar dari 500 L.
3. Kecepatan rendah, berkisar pada 400 rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk minyak kental dan lumpur, dimana terdapat serat pada cairan yang dapat menimbulkan busa. Untuk menjamin keamanan proses, pengaduk dengan kecepatan lebih tinggi dari 400 rpm sebaiknya tidak digunakan untuk cairan dengan viskositas lebih besar dari 200 cP, atau volume cairan lebih besar dari 2000 L.
2.5 Pola Aliran dalam Tangki Berpengaduk
Pada tangki berpengaduk, pola aliran yang dihasilkan bergantung pada beberapa factor, diantaranya geometri tangki, sifat fisik fluida, dan jenis pengaduk. Pengaduk jenis turbine akan cenderung membentuk pola aliran radial, sedangkan untuk pengaduk jenis propeller cenderung membentuk aliran aksial. Pengaduk jenis helical screw dapat membentuk pola aliran aksialdari bawah tangki menuju keatas permukaan cairan. Pola aliran yang dihasilkan oleh tiap pengaduk dapat dilihat pada Gambar 2.13.
Gambar 2.13 Pola Aliran Fluida di dalam Tangki Berpengaduk (a) Flat-blade Turbine (b) Marine Propeller (c) Helical Screw
(Wallas, 1988)
Pada dasarnya terdapat 3 aliran yang terdapat pada tangki berpengaduk, diantaranya yaitu :
1. Aliran radial yang terdapat pada arah tegak lurus terhadap tangkai pengaduk. 2. Aliran aksial yang terdapat pada arah sejajar terhadap tangkai pengaduk. 3. Aliran tengansial atau rotasional yang terdapat pada arah melingkar
mengikuti putaran sekitar tangki berpengaduk.
Aliran radial dan tengansial terletak pada daerah horizontal dan aliran longitudinal pada daerah vertikal untuk kasus tangki tegak (vertical shaft). Aliran radial dan longitudinal sangat berguna untuk penentuan pola aliran yang diperlukan untuk pencampuran (mixing action). Pengadukan pada kecepatan tinggi ada kalanya mengakibatkan pola liran melingkar di sekitar pengaduk. Gerakan melingkar tesebut dinamakan vortex. Vortex dapat terbentuk di sekitar pengaduk ataupun di pusat tangki yang tidak menggunakan baffle. Fenomena ini tidak diinginkan didalam industry karena beberapa alasan. Diantaranya kualitas pencampuran buruk meski fluida berputar didalam tangki. Hal ini disebabkan oleh kecepatan sudut pengauk dan fluida sama. Selain itu udara dapat masuk dengan
muda kedalam fluida karena tinggi fluida dipusat tangki jatuh hingga mencapai bagian atas pengaduk.
Menurut Mc Cabe, dkk (1985), untuk menghindari agar fenomena vortex ini tidak terjadi, maka dapat dilakukan beberapa usaha, antara lain :
1. Pada tangki kecil, pengaduk dipasang di luar sumbu tangki/eksentrik. Porosnya digeser sedikit dari garis pusat tangki, lalu dimiringkan dalam suatu bidang yang tegak lurus terhadap pergeseran itu.
2. Pada tangki besar, pengaduk dipasang di sisi tangki dengan poros pada bidang horizontal, tetapi membentuk sudut dengan jari-jari tangki.
3. Menggunakan sekat (baffle) secara vertikal terhadap dinding tangki. Pola aliran disetiap pengadukan dapat dilihat pada Gambar 2.14
(a) (b) (c) (d)
Gambar 2.14 Pola Alir Pengadukan. (a) Aksial atau Radial pada Tangki Tidak Bersekat. (b) Posisi Off-center untuk Menghindari Vortex. (c) Aksial pada Tangki
Bersekat. (d) Radial pada Tangki Bersekat (Wallas, 1988)
2.6 Parameter Hidrodinamika dalam Tangki Berpengaduk
Hidrodinamika fluida yang terjadi dalam tangki berpengaduk dapat diturunkan dalam suatu korelasi empiris antara bilangan Reynolds, Power, dan Fraude (Mc. Cabe dkk, 1985).
2.6.1 Bilangan Reynold
Bilangan Reynolds merupakan bilangan tidak berdimensi yang menyatakan perbandingan antara gaya inersia dan gaya viskos. Persamaan bilangan Reynolds adalah :
... (2.1)
Dimana:
NRe = Bilangan Reynolds ρ = Densitas Fluida (kg/m3) N = Kecepatan Pengaduk (rad/s) Da = Diameter Pengaduk (m) μ = Viskositas Fluida (kg/m.s)
Bilangan Reynolds mengklasifikasikan karakteristik sirkulasi dalam proses pengadukan didalam tangki menjadi 3 (Brodkey and Hershey, 1998), yaitu:
1. Laminar
Pada keadaan laminar dalam pengadukan mempunyai bilangan Reynolds yang nilainya kurang dari 2000.
2. Transisi
Dalam keadaan transisi memiliki bilangan Reynolds mulai dari 2000 hingga 4.000 bergantung pada pengaduk yang digunakan.
3. Turbulen
Dalam keadaan turbulen memiliki bilangan Reynolds lebih dari 4.000. Pada sistem tanpa sekat daerah turbulen ditandai dengan terjadinya vortex.
2.6.2 Bilangan Power
Bilangan tak berdimensi lainnya adalah bilangan daya. Persamaannya adalah
………... (2.2)
Dimana :
NPo = Bilangan Daya
ρ = Densitas Fluida (Kg/m3) N = Kecepatan Pengaduk (Rad/s)
2 Re N Da N 5 3 a D N p NPo
Da = Diameter Pengaduk (m) P = Daya (Watt)
Pada sistem bersekat, bilangan daya sangat bergantung pada bilangan Reynolds. Namun pada saat bilangan Reynolds mencapai nilai besar dari 2000. Bilangan daya akan konstan dan tidak lagi bergantung pada bilangan Reynolds. 2.6.3 Kurva Karakteristik
Kurva karakteristik merupakan suatu kurva yang menyatakan hubungan antara bilangan Reynold terhadap bilangan daya, dengan menggunakan kurva karakteristik, kita dapat menentukan besarnya daya yang diperlukan pada bilangan Reynold tertentu. Hal ini sangat membantu, karena sulit untuk menentukan jumlah daya yang diperlukan impeller pada pengadukan skala industri.’
Kurva karakteristik pengadukan dibentuk dengan menggunakan skala logaritmik dari komponen absis maupun ordinatnya. Kurva tersebut memiliki kemiringan (gradien) yang negatif. Artinya, menunjukkan adanya hubungan yang berbanding terbalik antara komponen absis dan komponen ordinatnya, yakni bilangan Reynold dan bilangan Daya. Contoh bentuk kurva karakteristik untuk tangki bersekat berpengaduk jenis six-blade turbin dapat dilihat pada (Brodkey and Hershey, 1998).
Gambar 2.15 Kurva Karakteristik untuk Pengaduk Tipe Six-Blade Turine pada Tangki Bersekat.
Dari Gambar 2.15 tampak digunakan pengaduk jenis turbin dengan perbandingan W (lebar) dengan D (diameter) yang berbeda, yaitu 1/5 dan 1/8. Selain itu, bentuk blade pada masing-masing turbin juga berbeda. Hal itu mempengaruhi bilangan daya yang diperlukan untuk pengadukan.
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN 3.1 Alat-Alat yang Digunakan
1. Satu unit rangkaian alat tangki berpengaduk berbentuk silinder 2. Impeller
a. Turbine Jumlah daun = 8 Diameter = 15 cm Panjang daun = 2 cm Lebar daun = 1.2 cm b. Paddle Jumlah daun = 2
Diameter = 16.5 cm Panjang daun = 6.7 cm Lebar daun = 4 cm c. Propeller Jumlah daun = 3
Diameter = 150cm Panjang daun = 4 cm Lebar daun = 4 cm cm 3. Sekat 4. Viscometer 5. Piknometer
3.2 Bahan-Bahan yang Digunakan 1. Air
2. Bubuk CMC
3. Potongan-potongan plastik warna
3.3 Prosedur Percobaan
3.3.1 Percobaan Penentuan Pola Aliran Fluida
1. Tangki diisi dengan air hingga ketinggian 30 cm dari dasar tangki. 2. Pengaduk dipasang pada pada batang poros tangki pengaduk. 3. Motor pengaduk dihidupkan.
5. Gerakan aliran fluida (air) di dalam tangki diamati, sampai terlihat pusaran air yang membentuk vorteks pada permukaan air.
6. Potongan plastik warna ditambahkan ke dalam tangki. 7. Pola aliran yang terbentuk diamati dan digambar.
3.3.2 Percobaan Penentuan Karakteristik Daya Pengaduk (Larutan CMC) 1. Tangki diisi dengan fluida (campuran air dengan bubuk CMC) hingga
ketinggian 30 cm dari dasar tangki.
2. Pengaduk yang telah ditentukan (dilakukan secara bergantian antara ketiga jenis impeller) dipasang pada posisi yang tersedia.
3. Klem penyetel neraca pegas dikendorkan sehingga memungkinkan dinamometer dapat bebas bergerak.
4. Posisi kedudukan dinamometer diatur pada posisi netral.
5. Panjang tali diatur sehingga posisi penunjuk garis dan selubung pegas pada posisi netral.
6. Laju putaran impeller diatur sehingga berakhir saat pegas sudah berada diposisi penuh (tidak dapat bergerak lagi).
7. Setiap kenaikan putaran gaya yang terbentuk dilihat dan dicatat. 3.4 Rangkaian Alat
Gambar 3.1 Rangkaian Alat Tangki Berpengaduk Keterangan Gambar: 1. Panel Kontrol 2. Speedometer 3. Motor Pengaduk 4. Pegas 5. Impeller 6. Sekat 7. Batang Pengaduk.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Percobaan
Tabel 4.1 Pola Aliran pada Tangki Berpengaduk
Propeller Turbin Paddle
Tanpa Sekat
Sekat
Tabel 4.2 Data Daya Pengaduk dengan Fluida Berupa Air Laju Putaran
(rpm)
Gaya F (N)
Propeller Turbin Paddle
Sekat Tanpa sekat Sekat Tanpa sekat Sekat Tanpa sekat 150 0 0 1,2 0,4 0,6 0,4 175 0 0 1,4 0,7 0,7 0,8 200 0 0 1,6 0,9 0,9 1,1
Tabel 4.3 Data Daya Pengaduk dengan Fluida Berupa Larutan CMC Laju Putaran (rpm)
Gaya F ( N) Paddle
Sekat Tanpa sekat
150 0,8 0
175 1,7 0,3
4.2. Pembahasan
4.2.1 Penentuan Pola Aliran
Percobaan ini dilakukan pengadukan dengan menggunakan 3 jenis impeller yaitu impeller jenis propeller, turbin, dan paddle. Fluida yang digunakan pada pengadukan ini berupa air. Pada tangki dimasukkan potongan-potongan plastik kecil berwarna merah yang bertujuan untuk mempermudah pengamatan pola aliran yang terbentuk pada saat pengadukan dilakukan.
Pada percobaan ini digunakan kecepatan pengadukan 150, 175, dan 200 rpm dengan tinggi air 30 cm. Ketika pengadukan dilakukan dengan menggunakan impeller jenis propeller, pola sirkulasi fluida sejajar dengan tangki pengaduk (aksial). Pola aliran di mulai dari bagian dasar, kemudian bergerak tepat di bagian bawah pengaduk, selanjutnya keberbagai sisi dan kebagian atas. Pola aliran yang terlihat adalah tenang meskipun terkadang terjadi pola acak (Brodkey and Hersey,1988). Ketika pengadukan menggunakan impeller jenis turbin, pola aliran yang terbentuk merupakan gabungan dari pola aliran aksial dan radial, karena gabungan pola ini, arus bergerak kesegala arah tangki. Ketika pengadukan menggunakan impeller jenis paddle, pola aliran yang terbentuk sebagian besar merupakan pola radial dengan sedikit pola aksial. Perputaran paddle mendorong fluida secara radial dan tangensial, sehingga arus bergerak menjauhi pengaduk kea rah dinding tangki lalu dibelokkan ke atas atau bawah (Brodkey and Hersey,1988).
Pada saat pengadukan dilakukan pada kecepatan pengadukan yang tinggi, dan tanpa pemasangan sekat pada dinding tangki, perputaran ketiga jenis impeller ini akan menyebabkan terbentuknya vortex. Vortex merupakan fenomena yang tidak diinginkan pada saat melakukan pengadukan karena kualitas pencampuran / pengadukan akan buruk karena meski fluida berputar di dalam tangki, tetapi proses agitasi tidak terjadi karena kecepatan pengaduk dan fluida sama, dan juga dengan adanya vortex ini permukaan fluida pada dinding tangki akan mengalami kenaikan secara signifikan sehingga fluida akan keluar dari tangki dan tumpah. Timbulnya vortex ini disebabkan karena pada tangki tidak bersekat dengan pengaduk yang diletakkan di pusat tangki, perputaran pengadukan menyebabkan timbulnya energi sentrifugal, energi sentrifugal tersebut dapat meningkatkan ketinggian fluida pada dinding tangki dan memperendah ketinggian fluida pada pusat putaran. Upaya untuk mencegah terbentuknya vortex yaitu dengan cara pemasangan sekat pada dinding tangki, dengan adanya sekat ini vortex yang terbentuk akan menabrak sisi sekat dan pecah sehingga menimbulkan turbulensi.
4.2.2 Penentuan Karakteristik Daya Pengaduk
1. Hubungan antara Kecepatan Pengaduk dengan Daya (N) dengan Jenis Impeller yang Berbeda
Hubungan antara kecepatan pengadukan terhadap gaya dengan jenis impeller yang digunakan paddle,propeller, dan turbin dapat dilihat pada grafik dibawah ini :
pengadukan menggunakan ketiga jenis impeller dapat dilihat pada gambar
Gambar 4.1 Hubungan Laju Putaran Terhadap Daya Pengadukan pada Berbagai Jenis Impeller Menggunakan Sekat
Gambar 4.2 Hubungan Laju Putaran Terhadap Daya Pengadukan pada Berbagai Jenis Impeller Tanpa Menggunakan Sekat
Dari grafik yang terdapat pada Gambar 4.1, dapat dilihat bahwa semakin cepat laju putaran impeller maka semakin besar pula daya pengadukan yang dihasilkan. Hal ini sesuai dengan teori yang menyatakan bahwa daya yang terkonsumsi dipengaruhi oleh laju putaran pengaduk, densitas fluida, viskositas fluida dan diameter pengaduk (Geankoplis, 1993). Pada grafik di atas dapat dilihat bahwa daya pengaduk yang dihasilkan oleh impeller dengan menggunakan sekat
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 5 10 15 20 25 D ay a P (Watt )
Laju Putaran (rad/det)
Propeller Bersekat Turbin Bersekat 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0 10 20 30 D ay a P (Watt )
Laju Putaran (rad/det)
Propeller Tanpa Sekat Turbin Tanpa Sekat
lebih besar dibandingkan tanpa sekat. Hal ini disebabkan karena salah satu kekurangan menggunakan sekat adalah memerlukan daya yang lebih besar.
Grafik diatas menunjukkan bahwa daya pengadukan yang dihasilkan oleh propeller lebih kecil. Hal ini disebabkan karena diameter pengaduk yang dimiliki oleh propeller lebih kecil dibandingkan dengan diameter pengaduk paddle dan turbin, sehingga daya yang yang dibutuhkan propeller dalam pengadukkan lebih kecil dibandingkan turbin dan paddle.
2. Hubungan Antara Laju Putaran dengan Nilai Npo pada Jenis Impeller yang Berbeda dengan Menggunakan Sekat
Hubungan antara laju putaran dengan nilai Npo pada pengadukan menggunakan tiga jenis impeller dapat dilihat pada Gambar 4.2.
Gambar 4.3 Hubungan Laju Putaran dengan Npo pada Berbagai Jenis Impeller Menggunakan Sekat
Gambar 4.4 Hubungan Laju Putaran dengan NPo pada Berbagai Jenis Impeller Tanpa Menggunakan Sekat
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0 10 20 30 40 50 N Po NRe Propeller Bersekat Turbin Bersekat 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0 20 40 60 N Po NRe Propeller Tanpa Sekat Turbn Tanpa Sekat
Gambar 4.3 dan 4.4 menunjukkan hubungan antara nilai NPo dengan nilai NRe untuk tiga jenis impeller (propeller, turbin, dan paddle) menggunakan sekat dan tanpa sekat pada fluida. Bilangan Reynold merupakan bilangan tak berdimensi yang menyatakan perbandingan antara gaya inersia dan gaya viskos yang terjadi pada fluida. Bilangan Reynold berhubungan dengan diameter pengaduk, kecepatan putaran pengaduk, dan densitas. Ketiga faktor tersebut berbanding lurus dengan nilai NRe. Semakin besar nilai ketiga faktor tersebut maka semakin besar nilai bilangan Reynold (Geankoplis, 1993). Sedangkan bilangan power berhubungan dengan diameter pengaduk, densitas fluida, kecepatan putaran, dan daya yang dibutuhkan. Maka pada percobaan ini, dibuktikan bahwa hubungan bilangan reyonold dengan bilangan power yaitu bilangan power akan meningkat dengan meningkatnya bilangan reynold.
Dapat dilihat dari kedua grafik bahwa nilai Npo yang didapat pada tangki berpengaduk menggunakan sekat lebih besar dibandingkan tanpa sekat. Hal ini dikarenakan pada tangki berpengaduk menggunakan sekat membutuhkan daya yang lebih besar. Bilangan power sendiri berbanding lurus dengan nilai daya yang dihasilkan sehingga menyebabkan bilangan power untuk tangki berpengaduk menggunakan sekat lebih besar dibandingkan tangki berpengaduk tanpa sekat. 3. Hubungan antara Laju putaran dengan Daya (N) pada kurva
4. Hubungan antara Laju putaran dengan Daya (N) pada CMC dengan air 0 1 2 3 4 5 6 7 15 17.5 20 Daya ( W att )
Laju putaran rad/s
air cmc
BAB V KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan
1. Pola aliran pada proses pengadukan dipengaruhi oleh jenis pengaduk. Pada pengaduk propeller, paddle dan turbin pola aliran yang dihasilkan adalah pola aliran aksial, tangensial dan radial.
2. Semakin tinggi kecepatan pengaduk maka gaya yang dibutuhkan pengaduk juga semakin tinggi. Penggunaan pengaduk propeller pada tangki berpenyekat dan tanpa penyekat tidak menimbulkan gaya. Sedangkan penggunaan pengaduk turbin dan paddle pada tangki berpenyekat dan tanpa penyekat menimbulkan adanya gaya.
3. Penggunaaan pengaduk jenis turbin dan paddle pada tangki berpenyekat menimbulkan gaya yang lebih besar daripada penggunaan pengaduk jenis turbin dan paddle pada tangki tanpa penyekat. Hal ini disebabkan karena pemakaian sekat akan menambah beban pengadukan yang berakibat pada bertambahnya kebutuhan daya pengadukan.
DAFTAR PUSTAKA
Brodkey, R.S. dan H.C. Harshey. 1998. Transport Phenomena : A Unifed Approach. McGaw-Hill Book Co. New York.
Geankoplis, C. J. 1993. Transport Process and Unit Operation, 3rd edition, Prentice Hall Inc. Englewood Cliffs. New Jersey.
Kurniawan, R. 2011. Pengadukan dan Pencampuran. http://tekimku.blogspot.com. Diakses pada 10 Desember 2017.
Wallas, Stanley. 1988. Chemical Process Equipment, Selection and Desain. Butterworth-Heinneman. USA.
Winanti H. 2012. Teknik Pencampuran Bahan Padat-Cair Berbasis Pengadukan DalamSediaanFarmasi.http://tsffarmasiunsoed2012.wordpress.com/2
LAMPIRAN A PERHITUNGAN
1. Menentukan Karakteristik Daya Pengaduk
1. Contoh Perhitungan pada propeller kecepatan 150 a) Laju Putaran, ω W = 150(2 𝑥 3,14 60 ) 𝑟𝑎𝑑 𝑠 𝑟𝑝𝑚 = 15 𝑟𝑎𝑑/𝑠 b) Torque, T (Nm) T = Gaya (F) x 0,11 = 0 x 0,11 = 0 Nm-2 c) Daya, P (Watt) P = 0 Watt s rad 15 Nm . 0 T -2 d) Bilangan Daya 5 3 D N P NPo =
watt watt 0 0,10m s rad 15 m kg 1000 0 5 3 3 e) Bilangan Reynold 2 Re ND N =
9 , 107142 m.s kg 014 , 0 m ,10 0 s rad 15 m kg 1000 2 2. Tabel Data hasil perhitungan a. Propeller tanpa sekat
ρ = 1000 m/s3 μ = 0.0014 kg/m.s D = 0.1 m Laju Putaran (rpm) Gaya (F) Laju putaran (ad/s) Torque (Nm) Daya (watt) Power number (po) Reynold Number (NRe) 150 0 15 0 0 0 107142.9 175 0 17.5 0 0 0 125000 200 0 20 0 0 0 142857.1
b. Propeller sekat Laju Putaran (rpm) Gaya (F) Laju putaran (ad/s) Torque (Nm) Daya (watt) Power number (po) Reynold Number (NRe) 150 0 15 0 0 0 107142.9 175 0 17.5 0 0 0 125000 200 0 20 0 0 0 142857.1
c. Paddle tanpa sekat ρ = 1000 m/s3 μ = 0.0014 kg/m.s D = 0.165 m Laju Putaran (rpm) Gaya (N) Laju Putaran (rad/s) Torque (Nm) Daya (Watt) Power Number (po) Reynold number (NRe) 150 0.65 15 0.0715 1.0725 0.000442681 214285.7 175 0.7 17.5 0.077 1.3475 0.00088320 250000 200 0.9 20 0.099 1.98 0.001937202 285714.3 d. Paddle sekat Laju Putaran (rpm) Gaya (F) Laju putaran (rad/s) Torque (Nm) Daya (Watt) Power number (po) Reynold number (NRe) 150 0.4 15 0.044 0.66 0.000022275 107142.9 175 0.8 17.5 0.088 1.54 0.000051975 125000 200 1.1 20 0.121 2.42 0.000081675 142857.1
e. Turbin sekat ρ = 1000 m/s3 μ = 0.0014 kg/m.s D = 0.15 m Laju putaran (rpm) Gaya (F) Laju Putaran (rad/s) Torque (Nm) Daya (Watt) Power number (po) Reynold number (NRe) 150 1.2 15 0.132 1.98 0.000507452 241071.4 175 1.4 17.5 0.154 2.695 0.001096804 281250 200 1.6 20 0.176 3.52 0.0021384 321428.6
f. Turbin tanpa sekat Laju putaran (rpm) Gaya (F) Laju Putaran (rad/s) Torque (Nm) Daya (Watt) Power number (po) Reynold number (NRe) 150 0.4 15 0.044 0.66 0.000169151 241071.4 175 0.7 17.5 0.077 1.3475 0.000548402 281250 200 0.9 20 0.099 1.98 0.00120285 321428.6
g. Cmc + Paddle tanpa sekat Laju putaran (rpm) Gaya (F) Laju putaran (rad/s) Torque (Nm) Daya (Watt) Power number (po) Reynold number (NRe) 150 0.8 15 0.088 1.32 0.000544838 291696.4 175 1.7 17.5 0.187 3.2725 0.002144932 340312.5 200 1.9 20 0.209 4.18 0.004089649 388928.6
