tangki berpengaduk (tgk) - · pdf filekecepatan yang terlalu tinggi dapat mengakibatkan ......
Post on 01-Feb-2018
230 Views
Preview:
TRANSCRIPT
MODUL PRAKTIKUM
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA
TANGKI BERPENGADUK
(TGK)
Koordinator LabTK
Dr. Dianika Lestari / Dr. Pramujo Widiatmoko
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2016
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Tangki Berpengaduk - 2016
TGK – diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 2
Kontributor:
Dr. IDG Arsa Putrawan, Dr. Sanggono Adisasmito, Dr. Ardiyan Harimawan,
Yoga Sujatnika, Dinna Rizqi Awalia
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Tangki Berpengaduk - 2016
TGK – diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 3
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI .............................................................................................................................. 3
DAFTAR TABEL ...................................................................................................................... 4
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................. 5
BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................................... 6
BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN................................................................. 7
BAB III RANCANGAN PERCOBAAN .................................................................................. 8
BAB IV PROSEDUR KERJA ................................................................................................. 10
DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................................. 12
LAMPIRAN A ......................................................................................................................... 13
LAMPIRAN B ......................................................................................................................... 15
LAMPIRAN C ......................................................................................................................... 17
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Tangki Berpengaduk - 2016
TGK – diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 4
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Data Penentuan Densitas dan Viskositas Air Keran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Tabel 2. Dimensi Tangki Berpengaduk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Tabel 3. Data Karakteristik Impeller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Tabel 4. Data Percobaan Utama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Tabel 5. Gambar Observasi Pola Aliran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Tangki Berpengaduk - 2016
TGK – diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 5
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Skema Sederhana Tangki Pengaduk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Gambar 2. Jenis Pengaduk (a) propeller, (b) turbine, (c) paddle . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . .8
Gambar 3. Diagram Alir Percobaan Pendahuluan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Gambar 4. Diagram Alir Percobaan Utama. . . . . . . ……... . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .11
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Tangki Berpengaduk - 2016
TGK – diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 6
BAB I
PENDAHULUAN
Pengadukan adalah operasi yang menciptakan gerakan dari 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 antara lain
konfigurasi tangki, jenis dan geometri pengaduk, posisi sumbu pengaduk, kecepatan putaran
pengaduk, dan sifat fisik fluida yang diaduk. Jenis dan geometri pengaduk erat kaitannya
dengan pola aliran pengadukan yang terjadi. Pencampuran dalam tangki terjadi karena
adanya gerak rotasi dari pengaduk dalam fluida. Gerak pengaduk ini ‘memotong’ fluida
tersebut dan dapat menimbulkan arus eddy yang bergerak, menciptakan aliran di seluruh
bagian 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.
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Tangki Berpengaduk - 2016
TGK – diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 7
BAB II
TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN
Tujuan percobaan modul tangki berpengaduk adalah:
1. Mempelajari proses pencampuran komponen dalam fluida yang diselenggarakan pada
sistem tangki berpengaduk.
2. Mengidentifikasi faktor – faktor yang mempengaruhi efektivitas pencampuran.
Sasaran percobaan ini adalah praktikan mampu:
1. Menurunkan korelasi waktu pencampuran dengan kecepatan putaran melalui analisis
bilangan tak berdimensi.
2. Menurunkan korelasi waktu pencampuran dengan kecepatan putaran dan waktu
melalui analisis bilangan tak berdimensi.
3. Melaksanakan observasi visual pola aliran dan memberikan analisis terhadap pola
aliran yang terjadi.
4. Menentukan kondisi optimum pencampuran.
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Tangki Berpengaduk - 2016
TGK – diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 8
BAB III
RANCANGAN PERCOBAAN
Diagram skematik rangkaian sistem tangki berpengaduk yang digunakan untuk percobaan ini
dapat dilihat pada Gambar 1. Jenis pengaduk terdiri dari 3, dapat dilihat pada Gambar 2.
Keterangan gambar
C = tinggi pengaduk dari dasar tangki
D = diameter sudu pengaduk
Dt = diameter tangki
H = tinggi fluida dalam tangki
J = lebar baffle
W = lebar sudu pengaduk
Gambar 1. Skema Sederhana Tangki Pengaduk
Gambar 2. Jenis Pengaduk (a) propeller, (b) turbine, (c) paddle
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Tangki Berpengaduk - 2016
TGK – diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 9
Alat-alat yang dibutuhkan untuk praktikum ini adalah:
1. Set alat tangki berpengaduk
2. Stopwatch
3. Viskometer
4. Piknometer 25 mL
5. Gelas ukur
6. Voltmeter
7. Multimeter sebagai amperemeter
8. Pipet
9. Impeller
Daftar bahan yang dibutuhkan untuk melaksanakan praktikum ini adalah:
1. Air keran
2. Aqua DM
3. Butiran padat yang tidak larut dalam air
4. Pewarna
Variasi yang dilakukan pada percobaan ini adalah:
1. Kecepatan putaran pengaduk
2. Jenis dan ukuran pengaduk, yaitu propeller, turbin, dan paddle.
3. Posisi impeller yaitu center dan off-center.
4. Penggunaan baffle.
5. Ketinggian impeller
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Tangki Berpengaduk - 2016
TGK – diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 10
BAB IV
PROSEDUR KERJA
Percobaan modul pengadukan ini terdiri dari 2 bagian yaitu percobaan pendahuluan dan
percobaan utama. Diagram alir percobaan tangki berpengaduk terdapat dalam Gambar 3 dan
4. Percobaan pendahuluan dilakukan untuk mengukur sifat fisik cairan dalam tangki
berpengaduk, yaitu densitas dan viskositas. Pengukuran densitas cairan dilakukan dengan
piknometer, sedangkan penentuan viskositas dilakukan dengan viskometer Ostwald. Kedua
alat tersebut dipilih karena sederhana dan memberikan hasil yang cukup akurat untuk cairan
yang encer.
Percobaan utama dilakukan untuk mengamati mixing time, yaitu waktu yang dibutuhkan
untuk mencapai keseragaman komponen fluida di dalam tangki. Mixing time ini dianalisa
dengan pengamatan kehomogenan warna. Variasi kecepatan pengadukan dilakukan dengan
speed regulator (tetapi kecepatan tercatat adalah yang tertera dalam speed display). Daya
yang diperlukan untuk pengadukan dapat dihitung dengan mengukur tegangan dan arus yang
digunakan oleh motor pengaduk. Pengukuran tegangan dan arus ini dilakukan dengan
menggunakan amperemeter dan voltmeter yang terpasang pada pengaduk. Setelah mengukur
mixing time, percobaan adalah pengamatan pola aliran. Pengamatan dilakukan dengan
mengamati pergerakan butiran di dalam fluida saat pengadukan berlangsung.
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Tangki Berpengaduk - 2016
TGK – diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 11
Gambar 3. Diagram Alir Percobaan Pendahuluan
Gambar 4. Diagram Alir Percobaan Utama
Pengukuran temperatur
fluida dengan termometer
Penentuan viskositas fluida
dengan viskometer Ostwald
Penentuan densitas fluida
dengan piknometer
Persiapan alat dan bahan
Impeller dipasangkan pada sumbu pengaduk. Sumbu pengaduk
dipasangkan ke motor pengaduk. Sambungkan ke listrik dan dinyalakan.
Pembacaan arus awal (Io) dan tegangan awal (Vo)
Kecepatan pengaduk diatur sesuai variasi yang direncanakan
Air keran dimasukkan ke dalam tangki sesuai volume yang ditetapkan.
Pewarna dimasukkan sesuai volume yang ditetapkan. Waktu pencampuran
hingga homogen dicatat.
Butiran padat dimasukkan untuk pengamatan pola aliran. Pola aliran
kemudian digambar dan atau direkam.
Pembacaan arus akhir (I) dan tegangan akhir (V)
Rangkaian percobaan di atas diulang untuk variasi jenis pengaduk,
kecepatan pengaduk, posisi sumbu, dan penggunaan baffle.
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Tangki Berpengaduk - 2016
TGK – diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 12
DAFTAR PUSTAKA
1. Mc Cabe, W.L., Unit Operation of Chemical Engineering, 3rd Edition, McGraw-Hill
Book Co., New York, 1978
2. Perry, R., Green, D.W., and Maloney, J.O., Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 6th
Edition, McGraw-Hill, Japan, 1984
3. Brodley, and Hershey, Transport Phenomena: A Unified Approach, McGaw-Hill Book
Co., New York, 1988, Chapter: Application of Mixing
4. Moo-Young et al., The Blending Efficiencies of Some Impellers in Batch Mixing,
AIChEJ, 18 (1), 1972, pp. 178-182
5. Tatterson, and Gary, B., Fluid Mixing and Gas Dispersion in Agitated Tanks, McGraw-
Hill Book Co., New York, 1991, Chapter 1,2, and 4
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Tangki Berpengaduk - 2016
TGK – diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 13
LAMPIRAN A
TABEL DATA MENTAH
A.1. Penentuan Densitas dan Viskositas Air Keran
Tabel 1. Data Penentuan Densitas dan Viskositas Air Keran
Pengulangan I II
Temperatur aqua dm (oC)
Massa piknometer kosong (g)
Massa piknometer + aqua dm (g)
Massa piknometer + air keran (g)
Waktu retensi aqua dm (s)
Waktu retensi air keran (s)
A.2. Konfigurasi Alat
Tabel 2. Dimensi Tangki Berpengaduk
Karakteristik Nilai
Diameter
Tinggi Tangki
Jumlah Baffle
Lebar Baffle
Tebal Baffle
Panjang Baffle
Tabel 3. Data Karakteristik Pengaduk
Jenis Turbin Paddle Propeller
Diameter
Jumlah daun
Lebar daun
Panjang daun
Tebal daun
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Tangki Berpengaduk - 2016
TGK – diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 14
A.3. Percobaan Utama
Tabel 4. Data Percobaan Utama
Jenis Pengaduk :
Posisi pengaduk :
Baffle/non-baffle :
N (rpm) Vo (volt) Io (mA) Vo (volt) Io (mA) Waktu (s)
A.4. Observasi Pola Aliran
Tabel 5. Gambar Observasi Pola Aliran
Jenis Pengaduk :
Kecepatan Tinggi
( ...rpm)
Kecepatan rendah
(...rpm)
Baffle Centre
Off-centre
Non-baffle Centre
Off-centre
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Tangki Berpengaduk - 2016
TGK – diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 15
LAMPIRAN B
PROSEDUR PERHITUNGAN
B.1. Penentuan Densitas dan Viskositas
… (1)
… (2)
B.2. Analisis Bilangan Tidak Berdimensi
1. Bilangan Reynolds
Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang menyatakan perbandingan
antara gaya inersia dan gaya viskos. Untuk sistem dengan pengadukan, bilangan Reynold
(Re) dinyatakan sebagai:
…(3)
dengan ρ = densitas fluida, μ = viskositas fluida, dan D = diameter pengaduk.
Terdapat 3 jenis rejim aliran dalam sistem pengadukan, yaitu laminar, transisi dan turbulen.
Rejim aliran laminar diperoleh pada bilangan Reynolds 10, sedangkan turbulen terjadi pada
bilangan Reynolds di atas 104 [Broadkey, 1988].
2. Bilangan Fraude
Bilangan Fraude (Fr) menunjukkan perbandingan antara gaya inersia dengan gaya gravitasi,
dinyatakan sebagai:
… (4)
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Tangki Berpengaduk - 2016
TGK – diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 16
dengan Fr = bilangan Fraude, N = kecepatan putaran pengaduk, D = diameter pengaduk, dan
g = percepatan gravitasi
Bilangan Fraude terutama diperhitungkan pada sistem pengadukan tanpa baffled. Pada sistem
ini, bentuk permukaan cairan dalam tangki dipengaruhi gravitasi, dapat menyebabkan
terbentuknya vorteks. Vorteks menunjukkan keseimbangan antara gaya gravitasi dengan gaya
inersia.
3. Bilangan Power
Bilangan Power (Po) menunjukkan perbandingan antara daya yang dihasilkan aliran dengan
gaya inersianya. Perubahan tekanan akibat distribusi aliran pada permukaan pengaduk dapat
diintegrasikan menghasilkan torsi total dan kecepatan pengaduk. Bilangan power dinyatakan
sebagai:
… (5)
dengan Po = bilangan Power, N = kecepatan putaran pengaduk, dan ρ = densitas fluida. Daya
yang digunakan adalah daya efektif, yaitu:
Peff = V.I – Vo.Io … (6)
Korelasi antara bilangan Power dengan Reynold dan Fraude dinyatakan dalam persamaan-
persamaan berikut:
Untuk sistem tanpa baffle : Po = a Reb Fr
c
Untuk sistem dengan baffle : Po = a Reb
dengan a, b, c = konstanta eksperimental. Persamaan tersebut dapat dilinearkan dengan
logaritma natural sehingga memudahkan perhitungan.
B.3. Pembuatan Grafik
Kurva korelasi waktu pencampuran dan aliran pengadukan dibuat dengan mengalurkan data
ln (N.t) terhadap ln (NRe). Kurva korelasi kebutuhan daya terhadap aliran pengadukan
merupakan aluran ln (NPo) terhadap ln(NRe), sedangkan kondisi optimum merupakan titik
potong antara grafik N terhadap t dan P terhadap t.
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Tangki Berpengaduk - 2016
TGK – diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 17
LAMPIRAN C
DATA LITERATUR
C.1. Data Densitas Air pada Berbagai Temperatur
Sumber: Perry’s Chemical Engineers’ Handbook
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Tangki Berpengaduk - 2016
TGK – diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 18
Lembar Kendali Keselamatan Kerja dan MSDS
Laboratorium Instruksional
Modul Percobaan TGK – Tangki Berpengaduk
Nama Bahan Sifat Bahan Bahaya danTindakan
Penanggulangan Fluida berviskositas
rendah Air
Titik leleh 0 ˚C
Titik didih 100 ˚C
Pelarut yang baik
Viskositas (0,86 cP pada 26 ˚C)
Cair tak berwarna, tak berbau
Pelarut polar
Penanganan umum
bahan praktikum
Kecelakaan yang mungkin terjadi Penanggulangan
Air tumpah Dibersihkan menggunakan kain pel. Kontak arus pendek pada peralatan yang
menggunakan listrik. Segera matikan alat, putuskan hubungan listrik.
Perlengkapan keselamatan kerja
Jaslab Google
Tahapan Percobaan
Persiapan Alat dan Bahan Pastikan sumber listrik terpasang dengan baik pada
motor pengaduk dan motor pengaduk terpasang
baik pada batang penyangga. Percobaan Pastikan kembali batang pengaduk terpasang baik
ketika mengganti jenis batang pengaduk.
Pastikan roda rak percobaan dalam keadaan
terkunci
Pasca Percobaan Putuskan semua hubungan arus pada alat yang
memakai listrik
Matikan multimeter
top related