BAB I PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Proses pengadukan atau pencampuran dalam dunia industri memiliki peranan penting dalam proses produksi karena akan sangat berpengaruh pada hasil atau produk yang diinginkan.
Pengadukan merupakan gerakan yang mempunyai pola semacam sirkulasi yang terinduksi pada suatu bahan di dalam bejana. Pada proses kimia biasanya pengadukan terjadi dalam zat cair atau fase cair. Proses pengadukan akan menimbulkan gerak di dalam bahan yang menyebabkan bahan bergerak satu sama lain. Teknik pengadukan harus memastikan bahwa bahan sudah benar-benar tercampur secara homogen. Dalam tangki pengaduk, proses pengadukan terjadi berdasarkan prinsip kerja mengubah energi mekanis motor yang memutar alat pengaduk menjadi energi kinetik aliran fluida. Proses pengadukan ini telah lama dipakai atau diterapkan dan sangat dibutuhkan dalam suatu proses industri, namun untuk perancangan sistem peralatan yang digunakan masih tetap membutuhkan data yang harus dikumpulkan melalui beberapa tahapan percobaan. Oleh karena itu, praktikum ini perlu dilakukan untuk memperkenalkan suatu cara melaksanakan suatu proses pengadukan dan menunjukkan pengaruh beberapa variabel operasi dari pengadukan itu sendiri terhadap kerja sistem dalam operasi yang dilaksanakan dan agar dapat lebih memahami tentang proses pengadukan dalam dunia industri
I.2 Tujuan
1. Untuk menentukan daya yang dibutuhkan pada saat liquid mencapai kondisi homogen dari berbagai jenis viskositas
2. Untuk mengetahui korelasi antara kecepatan putaran dengan daya yang dibutuhkan 3. Untuk mengetahui hubungan dari setiap parameter hidrodinamika terhadap
perancangan tangki berpengaduk
I.3 Manfaat
1. Agar praktikan dapat memahami mekanisme atau prinsip kerja dari proses pengadukan dalam tangki berpengaduk
2. Agar praktikan dapat mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi proses pengadukan
3. Agar praktikan mengetahui aplikasi tangki berpengaduk dalam dunia industri
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Tangki Berpengaduk
II.1.1 Pengadukan dan Pencampuran
Pengadukan atau agitasi adalah suatu proses yang mengacu pada gerakan yang diinduksi dari suatu material dengan cara tertentu, biasanya dalam pola peredaran darah di dalam semacam wadah. Tujuan dari pengadukan adalah untuk mensuspensi partikel padat, mencampur cairan yang dapat larut seperti metil alkohol dan air, mendispersikan gas melalui cairan dalam bentuk gelembung kecil, dan mendispersikan cairan kedua yang tidak dapat bercampur dengan yang pertama untuk membentuk emulsi atau suspensi (McCabe, 1993). Sementara pencampuran adalah proses yang digunakan untuk mengurangi tingkat non-keseragaman dari campuran atau properti dalam sistem seperti konsentrasi, viskositas, temperatur dan sebagainya. Pencampuran adalah distribusi material secara acak dari dua atau lebih material yang pada awalnya memiliki fase terpisah. Pencampuran dilakukan dengan cara memindahkan material dari satu daerah ke yang lain (Richardson, 2002).
II.I.2 Jenis-jenis Pengaduk
Terdapat beberapa jenis pengaduk, diantaranya adalah 1. Propeller
Propeller adalah jenis impeller yang memiliki aliran aksial berkecepatan tinggi untuk cairan dengan viskositas rendah. Baling-baling kecil berputar dengan kecepatan motor penuh hingga 1150 atau 1750 putaran/menit. Propeller dapat dengan kuat memotong aliran cairan. Karena persistensi arus aliran, agitator propeller efektif digunakan di vessel yang sangat besar.
2. Paddle
Untuk masalah yang lebih sederhana, dapat digunakan agitator yang terdiri dari dayung atau paddle datar yang berputar pada poros vertikal. Paddle dapat terdiri dari dua ataupun empat bilah. Agitator dayung dapat berputar dengan kecepatan
antara 20 dan 150 putaran/menit. Panjang total impeller dayung biasanya 50 sampai 80 persen dari diameter dalam vessel dan lebar bilah adalah seperenam hingga sepersepuluh panjangnya. Pada kecepatan yang sangat lambat, dayung memberikan agitasi ringan di vessel yang tidak terhalang. Namun pada kecepatan yang lebih tinggi, baffle perlu digunakan.
3. Turbin
Penggunaan turbin efektif pada rentang viskositas cairan yang sangat luas. Dalam cairan dengan viskositas rendah, turbin menghasilkan arus kuat yang bertahan di seluruh bejana. Zona yang dekat dengan turbin adalah zona arus cepat dan turbulensi tinggi. Arus utama yang terjadi adalah radial dan tangensial.
Komponen tangensial menginduksi vortexing yang harus dihentikan oleh baffle.
(McCabe, 1993)
II.1.3 Pola Aliran pada Tangki Berpengaduk
Pola aliran dalam tangki berpengaduk bergantung pada sifat fluida, geometri tangki, jenis sekat dalam tangki, dan jenis agitator itu sendiri. Jika baling-baling atau agitator lain dipasang vertikal di tengah tangki tanpa sekat, terjadi pola aliran berputar yang biasanya berkembang. Untuk mencegah hal ini, posisi off-center sudut dapat digunakan dengan propeller dengan tenaga kecil. Namun, untuk agitasi yang kuat pada kekuatan yang lebih tinggi, kekuatan yang tidak seimbang menjadi parah dan membatasi penggunaan kekuatan yang lebih tinggi.
Untuk agitasi yang kuat dengan agitator vertikal, baſfles biasanya digunakan untuk mengurangi putaran dan tetap mendorong pencampuran yang baik. Baffle yang dipasang secara vertikal di dinding tangki. Impeller turbin menggerakkan cairan secara radial ke dinding, di mana akan membelah dengan satu bagian mengalir ke atas di dekat permukaan dan kembali ke impeller dari atas dan yang lainnya mengalir ke bawah.
Dalam sistem agitasi, laju aliran volume fluida yang digerakkan oleh impeller, atau laju sirkulasi. Beberapa sistem agitasi memerlukan turbulensi tinggi dengan laju sirkulasi rendah, dan yang lain turbulensi rendah dan laju sirkulasi tinggi (Geankoplis,1990).
II.1.4 Kecepatan Pengadukan
Secara umum klasifikasi kecepatan putaran pengaduk dibagi tiga, yaitu : kecepatan putaran rendah, sedang dan tinggi.
1. Kecepatan rendah
Kecepatan putaran relatif rendah, di kisaran 20–150 rpm.
2. Kecepatan sedang
Berputar pada kecepatan yang lebih tinggi, dalam kisaran 30–500 rpm 3. Kecepatan tinggi
Pengadukan yang berputar dengan kecepatan tinggi, hingga mencapai ribuan rpm
(Brennan, 2006)
II.1.5 Jumlah Pengaduk dan Peletakan Pengaduk
Penambahan jumlah pengaduk yang digunakan pada dasarnya untuk tetap menjaga efektifitas pengadukan pada setiap kondisi. Dalam tangki silinder vertikal, kedalaman cairan harus sama dengan atau agak lebih besar dari diameter tangki. Jika kedalaman yang lebih besar diinginkan, dua atau lebih impeller dipasang pada poros yang sama, dan masing-masing impeller bertindak sebagai pencampur terpisah. Dua arus sirkulasi dihasilkan untuk setiap impeller.
Impeller bawah, baik jenis turbin atau baling-baling dipasang sekitar satu diameter impeler di atas dasar tangki. Ketika poros vertikal terletak di tengah tangki, aliran tangensial mengikuti jalur melingkar di sekitar poros dan menciptakan pusaran dalam cairan. Pengaduk baling-baling biasanya mendorong cairan ke bawah dasar tangki, dimana aliran menyebar secara radial ke segala arah menuju dinding, mengalir ke atas sepanjang dinding. Ketika keadaan aliran seperti itu, terjadilah vortex. Untuk menghindari aliran vortex, turbin dipasang dengan sudu dorong ke bawah 45° untuk menyediakan aliran aksial yang kuat. Dalam tangki kecil, impeller dapat dipasang di tengah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.4. Poros dapat dipindahkan menjauh dari garis tengah tangki, lalu dimiringkan dalam bidang tegak lurus terhadap arah gerak.
Dalam tangki yang lebih besar, agitator dapat dipasang di sisi tangki, dengan poros di bidang horizontal tetapi pada sudut dengan jari-jari (McCabe, 1993).
II.1.6 Hidrodinamika Pengadukan
Dalam hidrodinamika sistem pengadukan dan pencampuran, beberapa kelompok bilangan tak berdimensi yang penting adalah sebagai berikut.
a. Power Number (Po)
Power Number merepresentasikan perbandingan tenaga yang dikonsumsi oleh pengaduk terhadap gaya inersial, seperti ditunjukkan pada persamaan
Power Number juga dapat menunjukkan besarnya koefisien seret (drag coefficient).
b. Reynolds Number (Re)
Reynolds Number merepresentasikan perbandingan gaya inersial terhadap gaya viskositas, seperti ditunjukkan pada persamaan
Jika pengaruh viskositas fluida sangat dominan, maka Re perlu dipertimbangkan.
Besarnya nilai nRe dapat menggambarkan sifat aliran seperti laminer atau turbulen. Re merupakan kelompok kritis dalam hubungannya dengan Po. Aliran laminer di dalam tangki terbentuk pada daerah fluida viscous dengan Re < 10. Pada nRe rendah ini power pengadukan tergantung pada viskositas cairan. Aliran turbulen terjadi pada daerah dengan Re tinggi (Re > 10"). Pada daerah turbulen bedanya Po cenderung konstan. Hal ini berarti bahwa power pengadukan tidak dipengaruhi oleh Reynolds number pada daerah turbulen.
Pada batas Re antara 10 dan 10^4 terbentuk aliran transisi (Geankoplis, 1993).
II.1.7 Vortex dan Pencegahannya
Vortex dapat terjadi saat proses mengaduk dengan kecepatan tinggi karena terjadi proses menyedot udara ke dalam cairan mengubah perilaku cairan (Jordan, 2007). Vortex dapat dicegah dengan salah satu dari tiga metode. Yang pertama yaitu dalam tangki kecil,
impeller dapat dipasang di tengah. Poros dipindahkan menjauh dari garis tengah tangki, lalu dimiringkan dalam bidang tegak lurus terhadap arah gerak. Dalam tangki yang lebih besar, agitator dapat dipasang di sisi tangki, dengan poros di bidang horizontal tetapi pada sudut dengan jari-jari. Dalam tangki besar dengan agitator vertikal, metode reduksi yang lebih efektif adalah memasang baffle, yang menghalangi aliran rotasi tanpa mengganggu aliran radial atau longitudinal. Baffling yang sederhana dan efektif dicapai dengan menginstal strip vertikal tegak lurus dengan dinding tangki (McCabe, 1993).
II.1.8 Faktor yang Mempengaruhi Pengadukan
Dalam proses pengadukan, terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi yaitu a. Mekanisme pencampuran
Beberapa fenomena yang terjadi selama proses pengadukan diantaranya adalah dalam aliran laminar, tegangan geser sama dengan nilai viskositas fluida dan gradien kecepatan. Selain itu gaya inersia meningkat ketika kecepatan fluida mengubah arah atau besaran. Gaya yang bekerja pada sudu impeler berfluktuasi secara acak dan berkaitan dengan skala dan intensitas turbulensi pada impeller.
b. Konsumsi daya
Konsumsi daya berhubungan dengan densitas fluida, viskositas fluida, kecepatan putar, dan impeller diameter apabila ditinjau dari persamaan Reynold. Ketika NRe lebih besar dari 300, konsumsi daya lebih rendah di bejana tanpa penyekat. Ketika kecepatan putar besar maka konsumsi daya yang dibutuhkan juga semakin besar c. Pola aliran
Semua impeller yang memiliki aliran aksial akan menjadi radial mengalir ketika bilangan Reynolds mendekati daerah yang viscous.
d. Waktu pengadukan
Impeller yang memiliki kecepatan lebih tinggi akan memberikan penurunan waktu pengadukan. Tetapi semua impeller memberikan waktu pengadukan yang sama dengan tingkat daya yang sama dan diameter yang sama
(Perry, 1997)
II.1.9 Aplikasi Pengadukan dalam Dunia Industri
Proses pengadukan dengan menggunakan tangki berpengaduk (mechanically stirred vessel) telah banyak digunakan pada berbagai macam industri. Salah satu industri yang memanfaatkan tangki berpengaduk adalah industri pangan. Tangki berpengaduk yang umum digunakan pada industri pangan adalah mixer impeller. Mixer impeller dapat digunakan pada proses menyiapkan air asin dan sirup, menyiapkan campuran gula cair minyak pencampur dalam pembuatan margarin dan olesan, dan untuk mencampurkan bahan emulsi (Brennan, 2006).
II.2 Sifat Bahan II.2.1 Aquadest
A. Sifat Fisika
1. Fase = cair
2. Densitas = 1 gr/cm3 3. Titik beku = 0°C 4. Titik didih = 100°C
B. Sifat Kimia
1. Rumus molekul = H2O
2. Berat molekul = 18,02 gr/mol 3. Flamabilitas = tak mudah terbakar
(Perry, 1997 “Water”) C. Fungsi
Sebagai bahan pelarut dalam percobaan tangki berpengaduk
II.2.2 Zat Pewarna A. Sifat Fisika
1. Fase = Cair
2. Warna =
3. Bau = Tidak berbau
4. Titik didih = 324 °C
B. Sifat Kimia
1. Rumus molekul = C12H11N3 2. Berat molekul = 197,2 g/mol
3. Flamabilitas = Tidak mudah terbakar
(Perry, 1998 “Diazoaminobenzen”) C. Fungsi
Sebagai bahan uji dalam percobaan tangki berpengaduk
II.2.3 Tepung terigu A. Sifat Fisika
1. Fase = Serbuk
2. Densitas = 35 gr/cm3
3. Bau = Tidak berbau
4. Warna = Putih
B. Sifat Kimia
1. Kadar air = 14,5%
2. Kadar protein = 7%
3. Keasaman = 50 mg KOH/100 g
(MSDS, 2009 “Wheat Flour”) C. Fungsi
Sebagai bahan uji dalam percobaan tangki berpengaduk
II.4 Hipotesa
Pada percobaan tangki berpengaduk, diduga kecepatan dan viskositas fluida mempengaruhi daya dan waktu yang dibutuhkan hingga liquid mencapai homogenitas
BAB III
PELAKSANAAN PRAKTIKUM
III.1 Bahan yang digunakan 1. Zat pewarna liquid 2. Tepung terigu 3. Air
III.1 Alat yang digunakan
1. Peralatan tangki berpengaduk 2. Beaker glass
3. Gelas ukur 4. Baffle 5. Penggaris 6. Neraca analitik 7. Viskometer ostwald 8. Piknometer
9. Pipet tetes 10. Stopwatch 11. Batang pengaduk 12. Kaca arloji
III.3 Gambar Alat
Keterangan : A = Tangki B = Baffle C = Impeller
D = Batang pengaduk E = Motor pengaduk III.4 Prosedur
