agitasi

AGITASIA. PENDAHULUAN

B. SISTEM PENGADUKAN

C. JENIS PENGADUK

D. POLA ALIRAN

E. ANGKA ALIRAN

F. KEBUTUHAN DAYA

G. KORELASI DAYA

H. PENCAMPURAN

I. CONTOH SOAL

Bangga sebagai insinyur teknik kimia

D e f i n i s i

• Agitasi atau pengadukan adalah perlakuan dengan gerakan terinduksi thd suatu bahan di dalam bejana; gerakan tersebut biasanya mempunyai pola tertentu.

Perputaran daun pengaduk

Sirkulasi dengan pompa

Menggelembungkan udara/gas dalam cairan

• Pencampuran (mixing) adalah peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara acak; bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain dan sebaliknya yang mana bahan-bahan tersebut sebelumnya terpisah dalam dua fasa atau lebih

Pengadukan dengan perputaran daun pengaduk dalam sistem zat cair

Tujuan Agitasi MEMBUAT SUSPENSI DENGAN PARTIKEL ZAT PADAT

Tepung Pati – Air

MERAMU ZAT CAIR YANG MAMPU CAMPUR (MISCIBLE)

Etanol – Air

MENDISPERSIKAN GAS DALAM ZAT CAIR BERUPA GELEMBUNG-GELEMBUNG KECIL

Udara – Air

MENDISPERSIKAN ZAT CAIR YANG TIDAK MAMPU CAMPUR (IMMISCIBLE) SEHINGGA MEMBENTUK EMULSI

Minyak – Air

MEMPERCEPAT PERPINDAHAN KALOR ANTARA ZAT CAIR DENGAN MEDIA PENDINGIN ATAU PEMANAS

Cairan reaksi – Air Pendingin

PERTUMBUHAN KRISTALGula - Air

SISTEM AGITASI

Agitator Selection

• The type of mixing required

• The capacity of the vessel

• The properties of fluid (viscosity)

Kebutuhan Daya

• The type of mixing required

• The capacity of the vessel

• The properties of fluid (viscosity)

GEOMETRI• Dimensi

tangki• Penempatan

pengaduk

SISTEM AGITASI

Motor

Daun Pengaduk (Impeller)

Tangki / Bejana

Baffle

Da

W

E

H

Motor

Dt

Hand holeBelt

J

JIKA KEDALAMAN CAIRAN CUKUP TINGGI DAPAT DIPASANG DUA IMPELLER

JENIS PENGADUK

ALIRAN Impeler aliran aksial, yaitu membangkitkan

arus yang arahnya sejajar dengan sumbu impeler

Impeler aliran radial, yaitu membangkitkan arus yang arahnya radial atau tangensial dengan sumbu impeler

BENTUK Propeler

Dayung (paddle)

Turbin

Bentuk Impeller

Bentuk Impeller

Three-bladed mixing propeller turbine with flat

vertical blades

Horizontal plate to which the impeller blades of this turbine

are attached

Turbine with blades are inclined 45o Curved blade

turbines Shrouded turbines

Bentuk Impeller

Flat plate impellers with saw tooth edges

Cage beaters

Anchor paddles

GatepaddlesHollow shaft and hollow impeller

shrouded screw impeller and heat exchange coil

P R O P E L E R

Merupakan impeler aliran aksial berkecepatan tinggi

Untuk zat cair dengan viskositas rendah

Rpm : 1150–1750 (ukuran kecil); 400–800 (ukuran besar)

Arus cairan meninggalkan propeler secara aksial sampai dibelokkan oleh lantai atau dinding bejana

Berputar membuat pola heliks di dalam cairan

Rasio jarak zat cair yang dipindahkan terhadap diameter propeler disebut jarak-bagi (pitch); jarak bagi = 1 disebut square pitch

Paling banyak : marine propeller berdaun tiga dan square pitch

Diameter propeler biasanya 18 in

P A D D L E

Perputaran paddle mendorong zat cair secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya gerakan vertikal

Arus bergerak menjauhi pengaduk ke arah dinding, lalu membelok ke atas atau ke bawah

Dapat disesuaikan dengan bentuk dasar bejana

Rpm : 20 - 150

Panjang paddle : 50 – 80% dari diameter bejana

Lebar paddle : 0,10 – 0,25 dari panjangnya

Biasanya perlu baffle

T U R B I N

Kebanyakan menyerupai agitator paddle berdaun banyak yang agak pendek dan berputar pada kecepatan tinggi

Bentuk daun: lurus atau melengkung, dipasang vertikal atau bersudut

Diameter: 30 – 50% dari diameter bejana

Efektif untuk rentang viskositas yang cukup lebar

Arus utama bersifat radial dan tangensial yang akan menimbulkan vorteks dan arus putar, yang biasanya dicegah dengan memasang sekat atau difuser

POLA ALIRAN

Jenis impeller Sifat fluida Ukuran impeller

Ukuran tangki Ukuran baffle Posisi impeller Kecepatan putar

POLA ALIRAN

Tiga komponen aliran: radial pada arah tegak lurus poros; longitudinal atau aksial pada arah pararel poros; tangensial atau rotasional pada arah singgung terhadap lintasan lingkar di sekeliling poros

Dalam posisi poros vertikal, komponen radial dan tangensial berada pada satu bidang horisontal, sedangkan komponen longitudinal adalah vertikal

Komponen radial dan longitudinal sangat aktif dalam memberikan aliran yang diperlukan untuk melakukan pencampuran

Terjadinya arus lingkar atau arus putar dapat dicegah dengan salah satu cara berikut:

Pergeseran posisi poros pengaduk Pemasangan poros pada sisi tangki Pemasangan baffle

? ? ? ? ? ?

Menghitung Power Pengaduk

ANGKA ALIRAN

Impeller yang berputar akan menyebabkan terjadinya aliran fluida dengan berbagai arah:

U2

Vu’2

Vr’2V’2

U2 = kecepatan pada ujung daun

Vu’2 = kecepatan tangensial zat cair

Vr’2 = kecepatan radial zat cair

V’2 = kecepatan total zat cairU2 = .Da.n

Vu’2 = k.U2

Vu’2 = k..Da.n

ANGKA ALIRAN (cont)

Laju aliran volumetrik melalui impeller (q) adalah:

U2

Vu’2

Vr’2V’2

q = Vr’2.Ap

Ap = .Da.W

Ap = luas silinder yang dibuat oleh sapuan ujung daun impeller

Da = diameter impeller

W = lebar daun impeller

Vr’2 = (U2 – Vu’2) tan

= .Da.n.(1-k) tan

q = 2.Da2.n.W.(1-k) tan

ANGKA ALIRAN (cont)

Angka aliran (NQ) didefinisikan:

• Propeller kapal (jarak bagi bujur sangkar) : NQ = 0,5

• Turbin 4 daun 45o (W/Da = 1/6) : NQ = 0,87

• Turbin rata 6 daun (W/Da = 1/5): NQ = 1,3

• Pada turbin daun rata terdapat hubungan empiris:

q = 0,92.n.Da3.(Dt/Da)

3QDa.n

qN

KEBUTUHAN DAYA

Bila aliran cairan di dalam tangki adalah turbulen, kebutuhan daya pengaduk dapat diperkirakan dari perkalian aliran yang didapatkan dari impeller (q) dan energi kinetik per satuan volume fluida (Ek):

kE.qP

Q3 N.Da.nq

c

22

k g2

)'V.(E

Jika rasio V’2/U2 ditandai dengan maka V’2 = ..n.Da, sehingga kebutuhan daya adalah:

23 )...(2/.. DangNDanP cQ

Q

22

c

53N

2g

Da.n.P

KEBUTUHAN DAYA (cont)

Dalam bentuk tidak berdimensi:

Q

22

53c N

2

.

Da.n

g.P

Ruas kiri dinamakan angka daya (power number), Np:

.Da.n

g.PN

53c

P

KORELASI DAYA

Variabel yang berpengaruh terhadap daya pengaduk adalah:

Sifat pengaduk : n, Da, W, L

Sifat cairan : , Percepatan gravitasi : g

Tetapan dimensional : gc

Faktor geometri : H, E, J, Dt, m

Bila faktor bentuk diabaikan dan zat cairnya termasuk fluida Newtonian, maka:

P = (n, Da, , , g, gc)

KORELASI DAYA (cont)

Dengan metode analisis dimensi, diperoleh:

g

Da.n.Da.n

.Da.n

g.P 22

33c

n21

22

33c S...,,.........S,S,

g

Da.n.Da.n

.Da.n

g.P

Jika memperhitungkan faktor bentuk, diperoleh:

)S...,,.........S,S,N,N(N n21FrReP

S1 = Da / Dt S2 = E / Da S3 = L / Da

S4 = W / Dt S5 = J / Dt S6 = H / Dt


)S...,,.........S,S,N,N(N n21FrReP

S1 = Da / Dt

S2 = E / Da

S3 = L / Da

S4 = W / Dt

S5 = J / Dt

S6 = H / Da

Da

W

E

H

Motor

Dt

Hand holeBelt

J

L


Kebutuhan daya pengaduk meningkat jika:

• Daun pengaduk lebih lebar (kurva A dan B)

• Posisi daun pengaduk vertikal (kurva B dan C)

• Menggunakan baffle (kurva A dan D)

Hubungan NP dengan NRe:


Hubungan NP dengan NRe:

• Pada angka Reynold yang rendah, yaitu di bawah 300, kurva angka daya untuk tangki berbaffle maupun tanpa baffle adalah identik

• Pada NRe lebih tinggi, terbentuk vorteks pada tangki tanpa sekat dan terdapat gerakan gelombang permukaan yang tidak dapat diabaikan sehingga angka Froude berpengaruh


Eksponen m secara empirik dengan angka NRe:

b

Nlogam Re

grafik

t

nkanyangdiingi

t

Da

H

Da

D

Da

H

Da

D

c

53P

g

Da.n.NP

Daya yang diberikan kepada zat cair dihitung dari NP:

Bila ukuran geometris pengaduk yang dirancang tidak sama dengan grafik yang ada, maka dipilih grafik untuk jenis pengaduk yang sesuai dan ukuran geometris yang mendekati. Hasil yang diperoleh secara grafis dikoreksi sbb:

Korelasi Empirik

Korelasi Empirik

.. 2Dan

Nre

Korelasi Empirik

(1) propeller, pitch equalling diameter, without baffles;

(2) propeller, s = d, four baffles;

(3) propeller, s =2d, without baffles;

(4) propeller, s =2d, four baffles;

(5) turbine impeller, six straight blades, without baffles;

(6) turbine impeller, six blades, four baffles;

(7) turbine impeller, six curved blades, four baffles;

(8) arrowhead turbine, four baffles;

(9) turbine impeller, inclined curved blades, four baffles;

(10) two-blade paddle, four baffles;

(11) turbine impeller, six blades, four baffles;

(12) Turbine impeller with stator ring;

(13) paddle without baffles;

(14) paddle without baffles

Korelasi Empirik-Turbin

Contoh Soal

Pengadukan bahan emulsi dirancang menggunakan jenis paddle 2 daun yang dipasang vertikal di pusat tangki. Diameter tangki (Dt) 10 ft, tinggi tangki 12 ft, diameter pengaduk (Da) 3 ft, posisi pengaduk (E) 1 meter di atas dasar tangki, dengan putaran (n) 120 rpm. Operasi berlangsung pada suku kamar. Tinggi larutan (H) 10 ft, rapat jenis larutan () 1,66 g/ml dan viskositas (µ) 32 cp. Berapa Hp daya pengaduk teoritis yang dibutuhkan bila tangki berbuffle 4 buah dengan tebal (J) 1 ft ?

1 m = 3,2808 ft1 g/ml = 62,43 lbm/ft3

1 cp = 6,7197 x 10-4 lbm/ft.sgc = 32,174 ft/s2

agitasi

Documents