sedimentasi 7.2(1)
Post on 21-Dec-2015
70 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA
SEDIMENTASI
I. TUJUAN
1. Memperoleh ketinggian awal, dan ketinggian endapan setiap 5 detik
sampai diperoleh ketinggian konstan untuk masing-masing bahan pada
variabel-variabel konsentrasi.
2. Plot grafik data waktu t (detik) sebagai absis dan ketinggian endapan Z
(cm) sebagai ordinat untuk:
a) Menganalisis pengaruh konsentrasi pada masing-masing bahan.
b) Menganalisis pengaruh perbedaan jenis partikel/bahan pada masing-
masing konsentrasi.
c) Menganalisis pengaruh perbedaan ukuran partikel pada masing-
masing bahan dengan konsentrasi masing-masing.
3. Menentukan settling velocity (vs) pada masing-masing jenis bahan untuk
masing-masing konsentrasi berdasarkan grafik-grafik tersebut.
II. DASAR TEORI
Sedimentasi merupakan proses pemisahan larutan suspensi menjadi
fluida jernih (supernatant) dan slurry yang mengandung padatan lebih
tinggi. Larutan suspensi terdiri dari campuran fase cair dan fase padat yang
bersifat settleable (dapat diendapkan karena perbedaan densitas antara
fasenya). (Tivany Silvia,dkk, 2013)
Ketika sebuah partikel yang berjarak dekat dari dinding dan dari
partikel lainnya, kemudian ada sesuatu yang jatuh dari atasnya maka tidak
mempengaruhi, proses ini disebut free settling. Ketika partikel terlalu
penuh dan padat, sehingga proses ini disebut hindered settling. Sedangkan
jika pemisahan sebuah partikel slurry atau suspense berdasarkan
gravitasnya disebut sedimentasi (Geankoplis, 2003).
Untuk pemindahan partikel pejal atau padat dari fluida, ada tiga gaya
yang menggerakkannya yaitu gaya gravitasi kearah bawah, gaya Buoyant
kearah atas dan gaya perlawanan yang arahnya berlawanan dengan
gerakan partikel.Kita akan mempertimbangkan massa dari partikel dengan
kecepatan relative terhadap fluida. Densitas dari partikel solid dan densitas
cairannya.
Gaya Buoyant pada partikel:Fb=mρgρp
=Vp. ρ . g
Gaya gravitasi atau gaya luar dari partikel:Fg=m. g
Gaya dorong pada partikel:Fd=Cd .v2
2ρA
Resultangaya yang terjadi: Fg−Fb−Fd
(Geankoplis, C.J., 2003)
Ketika slurrry dicairkan diendapkan oleh gravitasi menjadi fluida
yang lebih jernih dan slurry dengan konsentrasi yang lebih tinggi, proses
ini disebut sedimentasi atau terkadang disebut juga thickening. Uji secara
batch dilakukan untuk menggambarkan mekanisme pengendapan dan
metode penentuan kecepatan pengendapan.Pada awal sedimentasi batch,
konsentrasi padatan sepanjang silinder uniform. Segera setelah proses
mulai, seluruh partikel suspensi solid jatuh bebas melalui fluida pada
kecepatan maksimumnya dibawah, kondisi hindered settling yang ada.
Partikel-partikel padat jatuh bebas pada kecepatan yang sama dan
membentuk garis pembatas tajam antara cairan jernih supernatant dan
zona suspensi serta slurry. Didalam slurry yang mengandung partikel-
partikel ukuran berbeda, partikel-partikel yang lebih besar akan
mengendap lebih cepat dan mulai menumpuk, dimana zona D dan zona
transisi C yang mengandung padatan yang bervariasi antara konsentrasi
zona B dan zona D mulai nampak. Setelah pengendapan lebih jauh atau
pada kondisi kecepatan pengendapan kompresinya, zona B dan zona C
tidak nampak tetapi hanya terdapat slurry pekat pada zona D (Geankoplis,
C.J., 2003).
Gambar II.1 Sedimentasi batch: (a) original uniform suspension, (b)
zones of settling after agiven time, (c) compression of zone D after zones
and C disappear, (d) clear liquid interface height z versus time of settling.
(Geankoplis, C.J., 2003).
Kecepatan pengendapan dapat ditentukan dengan mengamati tinggi
interface (antarfase) sebagai fungsi waktu yang diberikan dan
menggambarkan tangen pada kurva yang diperoleh dari :
Slope –dz/dt=V1
Pada point ini, tinggi z1 dan z i adalah intercept tangen pada kurva
tersebut. Kecepatan pengendapan (sedimentation rate) :
v1=z i−z1
t1−0
Keterangan:
V1 : Kecepatan pengendapan (cm/menit)
z i: Tinggi interface 1(cm)
z1: Tinggi interface 2 (cm)
t1 : Waktu pengendapan (menit)
(Tivany Silvia,dkk, 2013)
Pada proses sedimentasi terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi
proses sedimentasi diantaranya adalah kosentrasi. Semakin besarnya
konsentrasi, gaya gesek yang dialami partikel karena partikel lain semakin
besar sehingga drag force-nya pun semakin besar. Hal ini disebabkan
karena dengan semakin besarnya konsentrasi berarti semakin banyak
jumlah partikel dalam suatu suspensi yang menyebabkan bertambah gaya
gesek antara suatu partikel dengan partikel yang lain. Drag force atau gaya
seret ini bekerja pada arah yang berlawanan dengan gerakan partikel dalam
fluida. Dalam hal ini gaya drag ke atas dan gerakan partikel ke bawah.
Gaya seret ini disebabkan oleh adanya transfer momentum yang arahnya
tegak lurus permukaan partikel dalam bentuk gesekan. Maka dengan
adanya drag force yang arahnya berlawanan dengan arah partikel ini akan
menyebabkannya total untuk mengendapkan partikel gerakan partikel
menjadi lambat karena semakin kecilnya gaya total ke bawah sehingga
kecepatan pengendapan semakin turun.(Tivany Silvia,dkk, 2013
III. ALAT DAN BAHAN
A. ALAT
1. Gelas ukur 100 ml
2. Sieve 150 mesh
3. Spatula
4. Gelas arloji
5. Timbangan analitik
6. Baskom
B. Bahan
Dengan variabel konsestrasi 15 gr/100 ml dan 17 gr/100 ml
1. Pasir A (Dengan ukuran < 150 mesh)
2. Pasir B (Dengan ukuran >150 mesh)
3. Bentonit
Pasir
Pasir A < 150 mesh Pasir B > 150 mesh
Di screening 150 mesh
Diukur beratnya
Konsentrasi 15 g/ml
Konsentrasi 17 g/ml
Konsentrasi 15 g/ml
Konsentrasi 17 g/ml
Dikocok kemudian diendapkan
Dikocok kemudian diendapkan
Dikocok kemudian diendapkan
Dikocok kemudian diendapkan
Bentonit
Konsentrasi 15 g/ml Konsentrasi 17g/ml
Dikocok kemudian diendapkan
Dikocok kemudian diendapkan
Diukur beratnya
IV. SKEMA KERJA
Gambar IV.2 Skema kerja sedimentasi pasir
Gambar IV.3 Skema kerja sedimentasi bentonit
V. DATA PENGAMATAN
Tabel V.1.Data Pengamatan ketinggian awal masing-masing bahan
Tabel V.2. Data pengamatan densitas masing-masing bahan
Tabel V.3.Data Pengamatan Sedimentasi Pasir < 150 mesh
Waktu (s)
Pasir A < 150 mesh 15 gram
Pasir A < 150 mesh 17 gram
Tinggi pengendapan (cm)
Tinggi pengendapan (cm)
051015202530354045505560657075
00,60,91
1,21,31,41,51,61,61,61,81,81,91,92
01
1,41,61,71,92
2,12,12,22,32,42,42,42,52,5
Bahan Ketinggian (cm)
Pasir A < 150 mesh 15 gramPasir A < 150 mesh 17 gramPasir B > 150 mesh 15 gramPasir B > 150 mesh 17 gramBentonit 15 gramBentonit 17 gram
2,232
2,22,83,5
Bahan Densitas (gr/ml)
Pasir A < 150 mesh 15 gramPasir A < 150 mesh 17 gramPasir B > 150 mesh 15 gramPasir B > 150 mesh 17 gramBentonit 15 gramBentonit 17 gram
2,52,422,52,831,8751,7
80859095100105110115120125130135140145150155160165170175180185190200205210215220
22
2,12,22,22,32,32,42,52,52,62,62,72,72,72,72,72,72,72,82,82,82,82,82,82,82,82,8
2,62,62,62,72,72,72,82,82,82,82,92,92,92,92,92,92,92,92,92,92,92,9
Tabel V.4. Data pengamatan sedimentasi pasir > 150 mesh
Pasir B > 150 mesh 15 gram
Pasir B > 150 mesh 17 gram
Waktu (s)
Tinggiendapan (cm) Tinggi endapan (cm)
051015202530354045505560
01,91,92222222222
2,32,42,42,42,42,42,42,42,42,42,42,42,4
Tabel V.3 Data pengamatan sedimentasi bentonit
Bentonit 15 gram Bentonit 17 gramWaktu (s) Tinggi endapan (cm) Tinggi endapan (cm)051015202530354045505560657075808590
00,40,711,21,41,722,12,22,32,42,52,52,62,62,62,6
00,30,711,21,51,722,12,12,22,52,62,72,82,82,82,82,8
VI. PEBAHASAN
Pada praktikum sedimentasi bahan yang digunakan mempunyai variabel
yang berbeda yaitu pasir A < 150 mesh, pasir B > 150 mesh, dan bentonit
masing-masing seberat 15 gram dan 17 gram. Pengukuran densitas bahan
dengan penambahan air hingga seluruh permukaan bahan terkena
air.Penambahan air dilakukan untuk mengisi ruang kosong yang terdapat
didalam bahan, sehingga volume ruang kosong dapat dihitung untuk
mencari volume masing-masing bahan karena partikel pasir maupun
bentonit berupa serbuk, maka bentuk patikel ketika saling berhubungan
akan membentuk ruang kosong. Maka didapatkan volume masing-masing
bahan. Dari pengukuran massa dan volume maka dapat diketahui densitas
dari masing-masing bahan ditunjukkan padatabel V.2.
Pengukuran data dilakukan dengan mengukur pertambahan
ketinggian endapan (zona suspensi), sehingga setiap penambahan waktu
yang terjadi, ketinggian endapan semakin bertambah. Jadi slope pada
kurva menjadi positif, tetapi nilai slope sebanding dengan kurva yang
diukur dari ketinggian zona suspensi.
0 25 50 75 100 125 1500
0.5
1
1.5
2
2.5
f(x) = 0.0247657342657343 xf(x) = 0.0211625874125874 x
15 gramLinear (15 gram)17 gramLinear (17 gram)
Pasir A
Waktu
Ket
ingg
ian
Gambar VI.4. Grafik hubungan antara tinggi vs waktu pada pasir A < 150
mesh
Gelas ukur 100 ml yang berisi air dan pasir dikocok beberapa saat lalu
diletakkan dan amati perubahan pasir yang mulai menurun dan akhirnya
akan mengendap. Ukuran partikel pasir yang kecil akan sulit mengamati
endapan yang terjadi. Grafik diatas dapat diketahui bahwa semakin
bertambahnya waktu semakin bertambah pula ketinggian endapan. Dari
grafik pada Gambar VI.4. menunjukkan bahwa slope grafik merupakan
kecepatan sedimentasi dari partikel tersebut. Partikel pasir<150 mesh
dengan konsentrasi 15gr/100 ml air mempunyai kecepatan sedimentasi
0,0207 cm/det, sedangkan kecepatan sedimentasi pada partikel pasir<150
mesh konsentrasi 17gr/100 ml air adalah 0,0241 cm/det. Jadi, pasir<150
mesh dengan konsentrasi yang lebih besar mempunyai kecepatan
sedimentasi yang lebih tinggi dikarenakan terlalu banyaknya partikel pasir
sehingga terjadi flokulasi antar partikel pasir yang mengakumulasi
kecepatan masing-masing partikel akibat dari saling bertabrakannya antar
partikel. Kecepatan sedimentasi dapat bertambah dengan adanya flokulan.
Efek flokulasi yang menyeluruh adalah menciptakan penggabungan
partikel-partikel halus menjadi partikel yang lebih besar sehingga dengan
mudah dapat diendapkan. Penggabungan antara partikel-partikel yang
dapat terjadi apabila ada kontak antara partikel tersebut. Kontak yang
disebabkan oleh :
1. gerak Brown (gerak acak partikel koloid dalam medium
pendispersi)
2. Kontak yang disebabkan atau dihasilkan oleh gerakan cairan itu
sendiri akibat adanya pengadukan.
Kontak yang dihasilkan dari partikel yang mengendap yaitu dengan
adanya tumbukan antara partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan
lebih besar dengan partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan lebih
kecil.
0 5 10 15 20 25 30 350
0.5
1
1.5
2
2.5f(x) = 0.0592698778076194 ln(x) + 2.22785800147115f(x) = 0.130545454545455 xf(x) = 0.0916483516483517 x
15 gramLinear (15 gram)17 gramLogarithmic (17 gram)Linear (17 gram)
Pasir B
Ket
ingg
ian
Gambar VI.5 Grafik hubungan antara tinggi dan waktu pada pasir B > 150
mesh
Waktu
Pada grafik diatas merupakan pasir B yang berukuran > 150 mesh. Pasir
tersebut memiliki ukuran partikel yang lebih besar sehingga mudah
mengendap dan diamati pergerakan partikelnya. Hasil grafik menunjukkan
bahwa pasir B>150 dengan konsentrasi 15 gr/100ml mempunyai
kecepatan sedimentasi 0,0916 cm/det sedangkan pada konsentrasi 17
gr/100ml memiliki kecepatan sedimentasi 0,1305 cm/det. Maka dari grafik
VI.5dapat disimpulkan bahwa pasir B>150 mesh dengan konsentrasi lebih
besar mempunyai kecepatan sedimentasi yang lebih tinggi dikarenakan
terlalu banyaknya partikel pasir sehingga terjadi flokulasi antar partikel
pasir yang mengakumulasi kecepatan masing-masing partikel akibat dari
saling bertabrakannya antar partikel. Kecepatan sedimentasi dapat
bertambah dengan adanya flokulan. Efek flokulasi yang menyeluruh
adalah menciptakan penggabungan partikel-partikel halus menjadi partikel
yang lebih besar sehingga dengan mudah dapat diendapkan.
Penggabungan antara partikel-partikel yang dapat terjadi apabila ada
kontak antara partikel tersebut. Kontak yang disebabkan oleh :
1. Gerak Brown (gerak acak partikel koloid dalam medium
pendispersi)
2. Kontak yang disebabkan atau dihasilkan oleh gerakan cairan itu
sendiri akibat adanya pengadukan.
Kontak yang dihasilkan dari partikel yang mengendap yaitu dengan
adanya tumbukan antara partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan
lebih besar dengan partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan lebih
kecil.
-10 15 40 65 900
0.5
1
1.5
2
2.5
3f(x) = 0.0410420168067227 x
f(x) = NaN x
15 gramLinear (15 gram)17 gramLinear (17 gram)
Bentonit
Waktu
Ket
ingg
ian
Gambar VI.6 Grafik hubungan antara tinggi dan waktu pada bentonit
Bentonit termasuk bahan yang memiliki ukuran partikel yang sangat kecil
sehingga jika dicampur dengan air akan mudah berkeruh dan
mempengaruhi hasil pengamatan. Pada grafik VI.5 menunjukkan pada
bentonit 15 gr/100 ml memiliki kecepatan sedimentasi 0,0393cm/det dan
bentonit dengan konsentrasi 17 gr/100 ml memiliki kecepatan sedimentasi
0,041 cm/det. Jadi, pada bentonit dengan konsentrasi yang lebih besar
didapatkan kecepatan sedimentasi yang tinggi dikarenakan terlalu
banyaknya partikel pasir sehingga terjadi flokulasi antar partikel pasir
yang mengakumulasi kecepatan masing-masing partikel akibat dari saling
bertabrakannya antar partikel. Kecepatan sedimentasi dapat bertambah
dengan adanya flokulan. Efek flokulasi yang menyeluruh adalah
menciptakan penggabungan partikel-partikel halus menjadi partikel yang
lebih besar sehingga dengan mudah dapat diendapkan. Penggabungan
antara partikel-partikel yang dapat terjadi apabila ada kontak antara
partikel tersebut. Kontak yang disebabkan oleh :
1. Gerak Brown (gerak acak partikel koloid dalam medium
pendispersi)
2. Kontak yang disebabkan atau dihasilkan oleh gerakan cairan itu
sendiri akibat adanya pengadukan.
Kontak yang dihasilkan dari partikel yang mengendap yaitu dengan
adanya tumbukan antara partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan
lebih besar dengan partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan lebih
kecil.
VII. KESIMPULAN DAN SARAN
A. KESIMPULAN
1. Ketinggian awal masing-masing bahan yang didapatkan yaitu pasir
A < 150 mesh 15 gram 2,2 cm sedangkan 17 gram 3 cm,
ketinggian awal pasir B > 150 mesh 15 gram 2 cm sedangkan pada
17 gram 2,2 cm, ketinggian awal bentonit 15 gram 2,8 cm
sedangkan pada 17 gram 3,5 cm.
2. Konsentrasi partikel 17gr/100ml air mempunyai kecepatan
sedimentasi yang lebih cepat dari konsentrasi partikel 15gr/100ml
air. Karena semakin besar konsentrasi maka kecepatan
pengendapannya semakin cepat.
3. Massa jenis pasir > 150 mesh lebih besar dari ketiganya, maka
kecepatan pengendapannya juga paling cepat. Karena semakin
besar densitas partikel maka gaya bouyant semakin kecil sehingga
resultan gaya gravitasi menjadi semakin besar dan mempercepat
kecepatan sedimentasi.
B. SARAN
1. Amati dengan teliti ketinggian endapan setiap waktu
2. Pada waktu penghomogenan campuran, usahakan tidak ada cairan
yang tumpah.
VIII. DAFTAR PUSTAKA
Geankoplis, C.J. 2003. Transport Processes and Separation Process Principles.
New Jesey : Prentice Hall
Silvia Tivany, dkk. 2013. Studi Pengaruh Konsentrasi CaCO3 Terhadap
Kecepatan Institut sepuluh November : Surabaya
Mc. Cabe. 1985. Unit Operations of Chemical Engineering. New York : Mc Graw-Hi ’s.
Lampiran
Volume pasir A<150 mesh 15 gram:
m = 15 gram
Vs = 6 ml
⍴=mV
=15 gram6ml
=2,5 gr /ml
Volume pasir A<150 mesh 17 gram:
m = 17 gram
Vs = 7 ml
⍴=mV
=17 gram7 ml
=2,42 gr /ml
Volume pasir B>150 mesh 15 gram:
m = 15 gram
Vs = 6 ml
⍴=mV
=15 gram6ml
=2,5 gr /ml
Volume pasir B>150 mesh 17 gram:
m = 17 gram
Vs = 6 ml
⍴=mV
=17 gram6 ml
=2,83 gr /ml
Volume Bentonit 15 gram:
m = 15 gram
Vs = 8 ml
⍴=mV
=15 gr am8 ml
=1,875 gr /ml
Volume Bentonit 17 gram:
m = 17 gram
Vs = 10 ml
⍴=mV
=17 gram10 ml
=1,7 gr /ml
top related