BAB I

P E N D A H U L U A N

I.1 Latar Belakang

Nilai sebuah mixer yang digerakkan di dalam industri ditentukan oleh waktu

yang diperlukan, tenaga yang diterima dan sifat-sifat produk. Peralatan mixing dan

sifat-sifat yang diinginkan dalam material yang diolah berbeda dari setiap kasus.

Terkadang diperlukan kehomogenitasan yang tinggi, gerakan mixing dan tenaga yang

dibutuhkan minimum.

Dalam proses mixing ini digunakan impeller sebaga mixer yang akan

mencampurkan dua fase atau lebih yang terpisah. Ada beberapa tipe impeller yang

biasa digunakan antara lain : propeller, paddle dan turbine. Setiap impeller ini

memiliki tingkat efisiensi yang berbeda terhadap proses pencampuran.

a. Propeller

Tipe impeller ini berbentuk kipas yang menghasilkan aliran aksial. Propeller

mempunyai tingkat efisiensi yang baik bila digunakan pada fluida yang

berviskositas rendah, kurang dari 2000 cP. Arus yang meninggalkan propeller

mengalir melalui zat cair menurut arah tertentu sampai dibelokkan oleh lantai atau

dinding bejana. Hal ini efektif digunakan dalam bejana besar.

b. Paddle

Tipe impeller ini akan mendorong zat cair secara radial dan tangensial. Arus yang

terjadi bergerak keluar ke arah dinding, lalu membelok ke atas atau ke bawah.

Paddle merupakan impeller yang paling efektif. Hal ini dapat dilihat dari pola

aliran yang ditimbulkan akibat gerakan paddle ke seluruh bagian sehingga molekul

yang akan dilarutkan bergerak acak dan homogenitas yang tinggi dihasilkan. Hal

ini menyebabkan paddle mempunyai efisiensi yang tinggi. Impeller ini digunakan

untuk fluida yang berviskositas 100.000 sampai 1.000.000 cP.

c. Turbine

Turbine biasanya efektif untuk fluida berviskositas sedang yaitu 2000 sampai

50.000 cP. Arus yang ditimbulkan bersifat radial dan tangensial. Komponen

tangensialnya menimbulkan vortex dan arus putar yang harusdihentikan dengan

menggunakan baffle.

Arus yang ditimbulkan oleh gerakan impeller ini menyebabkan terbentuknya

vortex yang sangat tidak diinginkan dalam proses mixing. Untuk mencegah terjadinya

vortex ketika fluida diaduk dalam tanki silinder dengan impeller yang berada pada

pusatnya maka digunakan baffle yang dipasang pada dinding vessel. Baffle yang

digunakan biasanya memiliki jarak yang sama. Baffle biasanya tidak menempel pada

dinding vessel sehingga secara kebetulan akan terdapat celah antara baffle dengan

dinding vessel.

Pada percobaan ini akan diamati keefisiensian setiap jenis impeller dalam

melakukan pencampuran zat.

I.2 Perumusan Permasalahan

Dalam proses pengoperasian teknik kimia, sebagian besar memerlukan suatu

campuran yang homogen sebelum memasuki tahapan selanjutnya seperti reaksi

campuran dalam keadaan homogen. Homogenitas umumnya dapat dicapai dengan

melakukan pencampuran dengan menggunakan impeller.

Dari percobaan yang dilakukan ditemukan berbagai permasalahan antara

lain adalah :

1. Pengaruh penggunaan impeller yang berbeda terhadap kualitas

pencampuran yang dihasilkan.

2. Faktor-faktor yang mempengaruhi pola aliran dalam proses pencampuran.

3. Penggunaan baffle dalam proses pencampuran.

I.3 Hipotesa Percobaan

1. Semakin besar kecepatan putaran impeller yang digunakan, semakin cepat

terjadinya homogenitas.

2. Semakin kecil ukuran padatan yang akan dicampur atau dilarutkan, semakin

cepat terjadinya homogenitas.

3. Semakin kecil viscositas cairan yang digunakan, semakin cepat terjadinya

homogenitas.

4. Semakin banyak blade pada impeller semakin cepat terjadinya homogenitas.

I.4 Tujuan Percobaan

Adapun tujuan dari percobaan ini adalah :

1. Untuk mengetahui arah aliran air dan pasir.

2. Untuk mengetahui pola aliran yang terbentuk dengan menggunakan baffle.

3. Untuk mengetahui pola aliran yang ditimbulkan oleh 3 buah impeller yang

berbeda.

4. Untuk mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi adanya perbedaan pola

aliran.

I.5 Manfaat Percobaan

Manfaat dari percobaan ini adalah :

1. Dapat mengetahui prinsip dasar dari percobaan fluid mixing apparatus.

2. Dapat mengetahui perbedaan pola aliran yang ditimbulkan oleh tiga buah

impeller yang berbeda (Propeler, Turbin dan Paddle).

3. Dapat mengetahui faktor-faktor yang menyebabkan pola aliran yang

berbeda seperti padatan yang digunakan, viscositas cairan yang digunakan,

kecepatan putaran dari impeller dan lain-lain.

4. Dapat mengetahui pola aliran air dan pasir yang ditimbulkan dari

pemakaian baffle.

BAB IIBAB II

TINJAUAN PUSTAKATINJAUAN PUSTAKA

Pada percobaan kali ini digunakan alat Fluid Mixing Apparatus dengan

impellernya. Impeller inilah yang akan membangkitkan pola aliran di dalam sistem,

yang menyebabkan zat cair bersikulasi di dalam bejana untuk akhirnya kembali ke

impeller.

Ada dua macam impeller pengaduk, yaitu impeller aliran-aksial (axial-flow

impeller) dan impeller aliran-radial (radial-flow impeller). Impeller jenis pertama

membangkitkan arus sejajar dengan sumbu poros impeller, dan yang kedua

membangkitkan arus pada arah tengensial atau radial.

Dari segi bentuknya, ada tiga jenis impeller: propeller (baling-baling), dayung

(padle), dan turbin (turbine). Masing-masing jenis terdiri lagi atas berbagai variasi

dan sub-jenis. Ada lagi jenis-jenis impeller lain yang dimaksudkan untuk situasi-

situasi tertentu, namun ketiga jenis itu agaknya dapat digunakan untuk menyelesaikan

95 persen dari semua masalah agitasi zat cair.

Penggunaan impeller diatas tergantung pada geometri vessel (tanki, viskositas

cairan.

Untuk viskositas yang < 2000 cp, maka digunakan impeller dengan tipe

propeller.

Untuk viskositas antara 2000 cp – 50.000 cp, maka digunakan impeller

dengan tipe turbin.

Untuk viskositas antara 100.000 – 1.000.000 cp maka digunakan

impeller dengan tipe dan paddles.

Untuk viskositas > 1.000.000 cp maka digunakan impeller pencampuran

khusus seperti banburg mixer, kneaders, extrudes, digunakan sigama

mixer dan tipe lain.

Jenis-jenis impeller : The marine type propeller, Flat – blade turbine, The disk flat –

blade turbine, The curved – blade turbine, The pitched – blade

turbine, The shrouded turbine

Propeller merupakan impeller aliran aksial berkecepatan tinggi untuk zat cair

berviskositas rendah. Propeller kecil biasanya berputar pada kecepatan motor penuh,

yaitu 1.150 atau 1.750 rpm, sedang propeller besar berputar pada 400 sampai 800

rpm. Arus yang meninggalkan propeller mengalir melalui zat cair menurut arah

tertentu samapi dibelokkan oleh lantai atau dinding bejana. Kolom zat cair yang

berputar dengan sangat turbulennya itu meninggalkan impeller dengan membawa ikut

zat cair stagnan yang dijumpainya dalam perjalanannya itu, dan zat cair stagnan yang

terbawa ikut itu mungkin lebih banyak dari yang dibawa kolom arus sebesar itu kalau

berasal dari nosel stasioner. Daun-daun propeller merobekkan menyeret zat cair itu.

Oleh karena arus aliran ini sangat gigih, agitator propeller sangat efektif dalam bejana

besar.

Propeller yang berputar membuat pola heliks di dalam zat cair, dan jika tidak

tergelincir antara zat cair dan propeller itu, satu putaran penuh propeller akan

memindahkan zat cair secara longitudinal pada jarak tertentu, bergantung dari sudut

kemiringan daun propeller. Rasio jarak ini terhadap diameter dinamakan jarak-bagi

(pitch) propeller itu. Propeller yang mempunyai jarak bagi 1,0 disebut mempunyai

jarak-bagi bujur-sangkar (square pitch).

Untuk tugas-tugas sederhana, agitator yang terdiri dari satu dayung datar yang

berputar pada poros vertikal merupakan pegaduk yang cukup efektif. Kadang-kadang

daun-daunnya dibuat miring, tetapi biasanya vertikal saja. Dayung (padle) ini

berputar di tengah bejana dengan kecepatan rendah sampai sedang, dan mendorong

zat cair secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya gerakan vertikal pada

impeller, kecuali bila daunnya agak miring. Arus yang terjadi bergerak ke luar ke

arah dinding, lalu membelok ke atas atau ke bawah. Dalam tangki-tangki yang dalam,

kadang-kadang dipasang beberapa dayung pada satu poros, dayung yang satu di atas

yang lain. Dalam beberapa rancang, daunnya disesuaikan dengan bentuk dasar

bejana, yang mungkin bulat atau cekung, piring, sehingga dapat mengikis atau

menyapu permukaan pada jarak sangat dekat. Dayung (padle) jenis tersebut

dinamakan agitator jangkar (anchor agitator). Jangkar ini sangat efektif untuk

mencegah terbentuknya endapan atau kerak pada permukaan penukar kalor, seperti

umpamanya, dalam bejana proses bermantel, tetapi tidak terlalu efektif sebagai alat

pencampur. Jangkar ini biasanya dioperasikan bersama dengan dayung berkecepatan

tinggi atau agitator lain, yang biasanya berputar menurut arah yang berlawanan.

Agitator dayung yang digunakan di industri biasanya berputar dengan

kecepatan antara 20 dan 150 rpm. Panjang total impeller dayung biasanya antara 50

sampai 80 persen dari diameter-dalam bejana. Lebar daunnya seperenam sampai

sepersepuluh panjangnya. Pada kecepatan yang sangat rendah, dayung dapat

memberikan pengadukan sedang di dalam bejana tanpa-sekat, pada kecepatan yang

lebih tinggi diperlukan pemakaian sekat, sebab jika tidak, zat cair itu akan berputar-

putar saja mengelilingi bejana itu dengan kecepatan tinggi, tetapi tanpa adanya

pencampuran.

Beberapa di antara berbagai ragam bentuk rancang turbin adalah turbin daun-

lurus terbuka, turbin piring berdaun dan turbin piring lengkung vertikal. Kebanyakan

turbin itu menyerupai agitator-dayung berdaun banyak dengan daun-daunnya yang

agak pendek, dan berputar pada kecepatan tinggi pada suatu poros yang dipasang di

pusat bejana. Daun-daunnya boleh lurus dan boleh pula lengkung, boleh bersudut,

dan boleh pula vertikal. Impellernya mungkin terbuka, setengah terbuka, atau

terselubung. Diameter impeller biasanya lebih kecil dari diameter dayung, yaitu

berkisar antara 30 sampai 50 persen dari diameter bejana.

Turbin biasanya efektif untuk jangkau viskositas yang cukup luas. Pada cair

berviskositas rendah, turbin itu menimbulkan arus yang sangat deras yang

berlangsung di keseluruhan bejana, menabrak kantong-kantong yang stagnan dan

merusaknya. Di dekat impeller itu terdapat zone arus deras yang sangat turbulen

dengan geseran yang kuat. Arus utamanya bersifat radial dan tangensial. Komponen

tangensialnya menimbulkan vorteks dan arus putar, yang harus dihentikan dengan

menggunakan sekat (baffle) atau difuser agar impeller itu menjadi sangat efektif.

Berikut ini pola aliran yang dihasilkan oleh jenis-jenis Impeller: Propeller,

Turbin, Paddle.

Jenis aliran di dalam bejana yang sedang diaduk bergantung pada jenis

impeller, karakteristik fluida, dan ukuran serta perbandingan (proporsi) tangki, sekat,

dan agitator. Kecepatan fluida dalam setiap titik dalam tangki mempunyai tiga

komponen, dan pola aliran keseluruhan di dalam tangki itu bergantung pada variasi

dari ketiga komponen itu dari satu lokasi ke lokasi lain. Komponen kecepatan yang

pertama ialah komponen radial yang bekerja pada arah tegak lurus terhadap poros

impeller. Komponen kedua ialah komponen longitudinal, yang bekerja pada arah

paralel dengan poros. Komponen ketiga ialah komponen tangensial, atau rotasional,

yang bekerja pada arah singgung terhadap lintasan lingkar di sekeliling poros. Dalam

keadaan biasa, di mana poros itu vertikal, komponen radial dan tangensial berada

dalam satu bidang horisontal, dan komponen longitudinalnya vertikal. Komponen

radial dan komponen longitudinal sangat aktif dalam memberikan aliran yang

diperlukan untuk melakukan pencampuran. Bila poros itu vertikal dan terletak persis

di pusat tangki, komponen tangensial biasanya kurang menguntungkan. Arus

tangensial itu mengikuti suatu lintasan berbentuk lingkaran di sekitar poros, dan

menimbulkan vorteks pada permukaan zat cair, dan karena adanya sirkulasi aliran

laminar, cenderung membentuk stratifikasi pada berbagai lapisan tanpa adanya aliran

longitudinal antara lapisan-lapisan itu. Jika di dalam sistem itu terdapat pula partikel

zat padat, arus sirkulasi itu cenderung melemparkan partikel-partikel itu, dengan gaya

sentrifugal, ke arah luar, dan dari situ bergerak ke bawah, dan sesampai di dasar

tangki, lalu ke pusat. Karena itu, bukannya pencampuran yang berlangung di sini,

tetapi sebaliknya pengumpulanlah yang terjadi. Jadi, karena dalam aliran sirkulasi zat

cair begerak menurut arah gerakan daun impeller, kecepatan relatif antara daun dan

zat cair itu berkurang, dan daya yang dapat diserap zat cair itu menjadi terbatas.

Dalam bejana yang tak bersekat, alir putaran itu dapat dibangkitkan oleh segala jenis

impeller, baik aliran aksial maupun yang radial. Jadi, jika putaran zat cair itu cukup

kuat, pola aliran di dalam tangki itu dapat dikatakan tetap, bagaimanapun bentuk

rancangan impeller. Pada kecepatan impeller tinggi vorteks yang terbentuk mungkin

sedemikian dalamnya, sehingga mencapai impeller; dan gas dari atas permukaan zat

cair akan tersedot ke dalam zat cair itu. Makanya hal demikian tidaklah dikehendaki.

Aliran tingkat (circulatory flow) dan arus putar (swirling) dapat dicegah

dengan menggunakan salah satu dari tiga cara di bawah ini. Dalam tangki-tangki

kecil impeller dipasang di luar sumbu tangki (eksentrik). Porosnya digeser sedikit

dari garis pusat tangki, lalu dimiringkan dalam suatu bidang yang tegak lurus

terhadap pergeseran itu. Dalam tangki-tangki yang lebih besar, agitatornya dipasang

di sisi tangki, dengan porosnya pada bidang horisontal, tetapi membuat sudut dengan

jari-jari tangki.

Parameter yang mempengaruhi klasifikasi agitator :

1. Parameter Proses

- pH rendah

- Kelarutan zat terlarut

- Konduktivitas thermal fluida dan zat terlarut jika terjadi perpindahan

panas.

- Densitas Fluida.

- Ukuran partikel Solid

2. Parameter Mekanik

- Diameter impeller

- Letak agitator terhadap vessel

- Rotasi impeller per menit

- Bentuk impeller

- Volume vessel

- Bentuk vessel

BAB III

METODOLOGI

III.1 Waktu dan Tempat

Waktu : Jumat, 17 Oktober 2003

Tempat : Labolatorium Operasi Teknik Kimia

Jurusan Teknik Kimia – Universitas Sriwijaya

III.2 Alat dan Bahan

1. Satu unit Fluid Mixing Apparatus yang dilengkapi dengan impeller berbeda

dengan baffle dan tanpa baffle

2. Pasir

3. Air

4. Garam

5. Ohmmeter

III.3 Prosedur Percobaan

1. Siapkan Fluid Mixing apparatus tanpa baffle sehingga dapat digunakan

sebagaimana mestinya.

2. Masukkan air, pasir dan garam ke dalam fluid Mixing apparatus, kemudian

pasang impeller yang dikehendaki.

3. Sambungkan Fluid Mixing apparatus ke aliran listrik dan aturlah kecepatan

perputaran impeller sesuai petunjuk.

4. Amati dan gambarkan pola aliran yang terjadi setiap kenaikan kecepatan putaran

impeller.

5. Ukur konduktivitas air dengan ohmmeter setiap 2 menit dan ulangi sampai 6 kali.

6. Ulangi percobaan diatas untuk impeller yang berbeda dan Fluid Mixing Apparatus

dengan baffle.

BAB IV

ANALISA PERCOBAAN

IV.1 Hasil Pengamatan

1. untuk propeller

a. tanpa baffle

rpm 100 200 300 500 500

Ω (ohm) 2.4 3.2 4.6 4.8 5.6

T (menit) 2 4 6 8 10

b. dengan baffle

rpm 100 200 300 500 500

Ω (ohm) 2.8 3.6 4.8 5.2 5.8

T (menit) 2 4 6 8 10

2. Untuk turbin

a. tanpa baffle

rpm 100 200 300 500 500

Ω (ohm) 2.6 2.8 3.6 4.2 4.8

T (menit) 2 4 6 8 10

b. dengam baffle

rpm 100 200 300 500 500

Ω (ohm) 3.0 3.6 4.2 4.8 5.0

T (menit) 2 4 6 8 10

BAB V

PEMBAHASAN

Pada percoban Fluid Mixing Apparatus ini, kita ingin mengetahui pola aliran

dari suatu fluida (dalam hal ini kita menggunakan larutan garam dalam air) bila

pengadukan dilakukan dengan menggunakan tipe impeller yang berbeda-beda.

Prinsip dari percobaan ini adalah dengan mencampurkan dua jenis atau lebih senyawa

yang berbeda dapat diperoleh campuran yang homogen.

Pada proses pencampuran tersebut kita mengunakan baffle dengan tujuan

untuk mengurangi pembentukan vorteks akibat dari perputaran impeller yang

berputar dengan kecepatan tinggi. Pembentukan vorteks ini dapat menghambat atau

mengurangi efisiensi dari pencampuran karena dengan adanya vorteks ini, maka

pertikel-partikel yang ada dalam larutan tidak dapat terdistribusi secara merata ke

seluruh sistem sehingga akan memperlambat proses atau laju homogenitas dari

pencampuran tersebut dan bisa jadi pencampuran tersebut tidak sempurna.

Pemakaian baffle dapat mengurangi pembentukan vorteks karena keempat sisi

baffle yang mempunyai ukuran yang seragam dapat menghambat pola aliran yang

bergejolak yang cenderung akan membentuk vorteks. Pada dasarnya, vorteks terjadi

karena adanya gaya sentripetal yang ditimbulkan oleh perputaran poros impeller pada

kecepatan tinggi yang cenderung mengarah ke pusat poros. Dengan adanya baffle

ini, maka gaya sentripetal yang ditimbulkan oleh aliran fluida tersebut dapat

dikurangi.

Perbedaan jenis bahan yang digunakan dalam pencampuran juga dapat

mempengaruhi kehomogenan yang baik. Semakin kecil viskositas fluida yng

dihandle maka semakin homogenlah proses pencampuran tersebut.

Dalam percobaan ini, kita menggunakan pasir sebagai parameter untuk

melihat pola aliran yang terjadi. Jumlah paasir yang digunakan akan berpengaruh

pada hasil pengamatan (secara kasat mata) terhadap bentuk dan pola aliran yang

sedang diaduk. Jika pasir yang digunakan terlalu sedikit, maka pola aliran yang

terbenntuk tidak terlihat secara jelas.

Penambahan garam pada air bertujuan untuk menentukan besarnya nilai

konduktivitas dari larutan hasil pencampuran setelah melalui proses pengadukan.

Besarnya konduktivitas ini dapat digunakan sebagai parameter untuk mengetahui

efisiensi dari proses pencampuran. Efisiensi yang dimaksud adalah peningkatan nilai

konduktivitas dari larutan campuran.

Secara teoritis, semakin lama waktu yang digunakan maka nilai konduktivitas

akan semakin besar (naik). Berdasarkan nilai hasil pengamatan dapat dilihat bahwa

nilai konduktivitas yang terbesar adalah untuk impeller dengan tipe turbin dengan

baffel. Dari hasil pengamatan ini, dapat kita tarik kesimpulan bahwa impeller tipe

turbin mempunyai efisiensi terbaik. Salah satu faktor yang menyebabkannya adalah

kecilnya vorteks yang ditimbulkan. Sebagai tambahan , setiap jenis impeller yang

berbeda akan memberikan pola aliran yang berbeda pula. Tipe turbin memberikan

bentuk aliran yang menyebar ke arah dinding silinder kemudian bergerak ke dasar

silinder kemudian naik lagi ke arah impeller. Sedangkan tipe propeler aliran bergerak

secara aksial sehingga menabrak dasar silinder.

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

VI.1. Kesimpulan

Dari hasil percobaan ayng dilakukan dapat ditarik kesimpulan antara lain :

1. Tujuan dari pencampuran adalah mencampurkan dua jenis zat yang berbeda agar

mempunyai homogenitas yang baik. Baiknya proses pencampuran yang

dilakukan dilihat dari dapat tidaknya dicapai pencampuran yang sempurna.

2. Ada beberapa jenis impeller yaitu antara lain jenis propeller dan turbin. Masing-

masing tipe impeller ini digunakan untuk jenis fluida yang berbeda-beda. Tipe

aliran yang ditimbulkan juaga berbeda-beda tergantung pada jenis impellernya.

3. Dalam proses pencampuran sebaiknya dihindari terbentuknya vorteks, karena

dapat mengurangi efisiensi dari proses pencampuran tersebut. Pemakaian jenis

impeller yang tepat untuk jenis fluida tertentu juga menentukan efisiensi dari

proses.

VI.2 Saran

Pada percobaan ini, sebaiknya digunakan lebih banyak tipe impeller sehingga

kita dapat mengamati berbagai perbedaan tipe aliran yang terjadi untuk masing-

masing impeller baik dengan menggunakan baffle maupun tanpa menggunakan

baffle.

DAFTAR PUSTAKA

1. Robert E. Treyball, 1987, “ Mass Transfer Operation, “ 3 rd edition, Mc. Graw

Hill Book Company, New York.

2. Welty, J.R., C.E. Wicks, R.E. Wilson, 1984, “Fundamental of Momentum, Heat,

and Mass Transfer “, 3rd edition, John Wiley & Sons Inc., New York

3. Perry, RH and Chiton, CH,1984, “ Chemical Engineering Hand Book, “ 7 th

edition, Mc. Graw Hill Kogakusha Ltd. Tokyo.

4. Warren L. Mc. Cabe, Julian c. Smith, dan Peter Harriot, 1993 “ Operasi Teknik

Kimia “, Penerbit Erlangga, Jakarta.