PERILAKU DINAMIKA TANGKI BERPENGADUK

PERCOBAAN 1 : EFEK PERUBAHAN INPUT SECARA BERTAHAP (DS 1)

I. Tujuan Percobaan

Setelah melakukan praktikum mahasiswa dapat diharapkan :

Mengetahui perilaku dinamis dari tangki berpengaduk yang disusun secara seri. Menentukan respon konsentrasi tangki bersusun seri terhadap perubahan konsentrasi di tangki pertama.

Menggambarkan kurva respon konsentrasi tangki bersusun.II. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan : 1 set tangki berpengaduk bersusun seri

1 set konduktometer

Stopwatch

Gelas kimia

Labu takar 1000ml

Spatula

Pengaduk

botol aquadest

Gelas Ukur

Kaca Arloji

Bahan yang Digunakan

KCl 0,03 M dalam 3 L

KCl 0,1 M dalam 100 ml (untuk kalibrasi)

Aquadest

III. Dasar Teori

Tangki berpengaduk adalah alat simulasi pengendalian yang bertujuan menjelaskan simulasi prilaku dari suatu sistem pengendali untuk tangki-tangki berpengaduk yang disusun secara seri.

Salah satu hal yang penting dari pada tangki yang berpengaduk didalam penggunaanya adalah :1. Mempunyai bentuk yang pada umumnya digunakan yang berbentuk selinder dan bagian bawahnya cekung.2. Dapat dilihat dari ukurannya yaitu diameter dan tinggi tangki.3. Kelengkapan dari suatu bejana yaitu : Ada atau tidaknya buffle, yang berpengaruh pada pola aliran di dalam tangki. Jaket atau coil pendingin/pemanas yang berfungsi sebagai pengendali suhu. Letak lubang pemasukan dan pengeluaran untuk proses kontinyu. Tutup tangki.4. Pengaduk, biasanya zat cair diaduk dalam suatu bejana yang biasa berbentuk selinder dengan sumbu terpasang vertical. Bagian atas bejana ini mungkin terbuka saja keudara atau dapat pula tertutup.

Pada ujung tangki membulat maksudnya agar atau tidak terlalu banyak sudut-sudut tajam atau daerah yang sulilt ditembus arus zat cair. Kedalam zat cair biasanya hampir sama dengan diameter tangki, dan di dalam tangki dipasang impeller pada ujung poros yang menggantung artinya poros itu ditumpu dari atas. Poros tersebut digerakkan oleh motor, yang kadang-kadang dihubungkan langsung dengan poros itu.Pengadukan zat cair dilakukan untuk berbagai maksud tergantung dari tujuan langkah pengolahan itu sendiri. Tujuan dari pengadukan antara lain :

1) Untuk mencampur dua macam zat cair yang mampu campur.2) Melarutkan padatan seperti garam dan air.3) Untuk mendispersikan gas dalam zat cair yang menjadi gelembung-gelembung halus dalam suspensi agar suatu mikroorganisme untuk fermentasi atau untuk proses kerja Lumpur dalam proses pengolahan limbah.4) Untuk suspensasi padatan halus dalam zat cair seperti dalam hidrogenesasi katalik, dimana gas-gas hydrogen didispersikan melalui zat cair dimana terdapat partikel-pertikel katalis padat dalam keadaan suspensi di dalam bejana hidrogenasi.5) Pengadukan fluida mempercepat proses perpindahan panas antara zat cair dengan kumparan atau mantel kalor dalam dinding bejana, dimana kalor reaksi diangkut melaui kumparan atau mantel.

Tangki ini termasuk sistem tangki kontinyu untuk reaksireaksi sederhana. Berbeda dengan sistem operasi batch di mana selama reaksi berlangsung tidak ada aliran yang masuk atau meningggalkan sistem secara berkesinambungan, maka di dalam tangki alir (kontinyu), baik umpam maupun produk akan mengalir secara terus menerus. Sistem seperti ini memungkinkan kita untuk bekerja pada suatu keadaan dimana operasi berjalan secara keseluruhan daripada sistem berada dalam kondisi stasioner. Ini berarti bahwa baik aliran yang masuk, aliran keluar maupun kondisi operasi reaksi di dalam tangki tidak lagi berubah oleh waktu. Pengertian waktu reaksi tidak lagi sama dengan lamanya operasi berlangsung, tetapi ekivalen dengan lamanya reaktan berada di dalam tangki. Penyataan terakhir ini biasa disebut waktu tinggal campuran di dalam tangki, yang besarnya ditentukan oleh laju alir campuran yang lewat serta volume tangki di mana reaksi berlangsung.

Tangki tipe ini bisa terdiri dari satu tangki atau lebih. Biasanya tangkitangki ini dipasang vertikal dengan pengadukan sempurna. Pengadukan pada masing-masing tangki dilakukan secara kontinu sehingga diperoleh suatu keadaan di mana komposisi campuran di dalam tangki benar-benar seragam. Tangki tangki ini biasanya digunakan untuk reaksi-reaksi dalam fase cair, untuk reaksi heterogen cair padat atau reaksi homogen cair- cair dan sebagainya.

Tiga buah tangki berpengaduk yang disusun secara seri mempunyi respon berbentuk kurva eksponensial untuk tanki pertama : tempat terjadi perubahan input, dan kurva sigmoidal (bentuk huruf S) untuk dua tangki berikutnya. Perbedaan bentuk kurva diakibatkan oleh transfer lag; kelembapan akibat perpindahan, yang pada akhirnya akan mencapai konstan pada titik yang sama.

A adalah konsentrasi dalam tangki pertama setelah terjadinya perubahan input (konsentrasi) yang diukur menggunakan alat konduktometer, sedangkan E adalah konsentrasi awal (konduktivitas awal) dan t adalah waktu konstan atau time constant, yang besarnya 2/3 dari total perubahan mencapai konstan (63,2%) .

A = E (1 - ) dapat disederhanakan menjadi dA/dT = (E/T)A = 0,6321 E Dikarenakan kelambatan ini, maka suatu perubahan terhadap input akan kembali stabil setelah waktu konstan, dengan menghitung waktu konstan maka dapat diperkirakan waktu yang dibutuhkan oleh suatu perubahan untuk mencapai stabil suatu keadaan konstan atau stabil sehingga pengaturan dapat sebelum perubahan tersebut disarankan oleh suatu proses atau system.Teori Tambahan

Dinamika Reaktor TangkiReaktor adalah suatu alat tempat terjadinya suatu reaksi kimia untuk mengubah suatu bahan menjadi bahan lain yang mempunyai nilai ekonomis lebih tinggi. Continuous Stirred-Tank Reactor(CSTR) merupakan suatu tangki reaktor yang digunakan untuk mencampur dua atau lebih bahan kimia dalam bentuk cairan denganmenggunakan pengaduk (mixer). Pada Continuous Stirred-Tank Reactor terdapat heater yang akan menghasilkan panasuntuk mengatur temperatur cairan pada harga tertentu. Gambar fisikContinuous Stirred-TankReactordapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Reaktor CSTR bekerja secara kontinyu, dengan laju massa umpan sama besar denganlaju massa keluar dari tangki. Umpan dengan konsentrasi tetap mengalir secara kontinyudapat dipandang sebagai umpan dengan pola step.

Mekanisme Kerja Reaktor Tangki Berpengaduk

Pada reaktor ini proses berlangsung secara kontinue. Terjadinya pengadukan merupakan hal yang paling penting dalam reaktor ini, karena dengan pengadukan menyebabkan reaksi menjadi homogen sehingga terdapat umpan masuk dan terbentuk produk yang keluar selama proses berlangsung.IV. Langkah Kerja

Kalibrasi Konduktometer

1. Memasang sek konduktivitas pada socket cond cell dengan socket berwarna hitam

2. Memasang resistance termometer pt-100 pada socket warna merah.

3. Menghidupkan alat konduktometer

4. Mengecek harga kanstanta cell npada elektroda immension cell, memasukan harga 1,00 pada cell const dan menekan tombol xl

5. Memasukkan harga temperature pada temp dengan menekan tombol temp

6. Memasukkan harga keef temp, untuk larutan KCl 2,00 sedangkan untuk yang lain, dapat melihat pada tabel, jika tidak dalam tabel memasukan harga 2

7. Menggunakan frekuensi 2KHz (tombol tidak ditekan)

8. Mengisi gelas kimia 100 ml KCl 0,1 N dan memasukkan elektroda kedalamnya.

9. Mengatur temperature larutan KCl sesuai dengan tabel atau menekan tombol temp

10. Memasukkan harga K pada suhu larutan untuk menghitung konstanta cell (K)

K = K pada tabel temp t/m pengukuran

11. Kalibrasi telah selesai dan mencetak harga konduktivitas larutan KCl 0,1N Perlakuan pada tangki

1. Mempersiapkan air aquadest dalam tangki penampungan dibelakang alat.

2. Mengisi ke 3 tangki berpengaduk dibagian depan dengan larutan KCl 0,03 M.3. Menghidupkan pengaduk dan atur laju pengadukan dengan kecepatan medium. Ukur konduktivitas ke 3 tangki di depan, pastikan nilai konduktivitas harus sama (mematikan pengaduk saat melakukan pengukuran konduktivitas)4. Menghidupkan pompa dan mengalirakan aquadest dari tangki penampungan ke tangki berpengaduk, menentukan laju alir ke tangki berpengaduk dengan menggunakan stopwatch (volume air tertampung/waktu).

5. Memasukkan selang berisi aquadest ke tangki berpengaduk I dan catat waktu sebagai waktu 0 menit.

6. Mengukur konduktivias di tangki berpengaduk I,II,III bergantian setiap 2 menit . (mematikan pengaduk saat melakukan pengukuran konduktivitas)

7. Mengulangi langkah ke7 hingga didapat harga konduktivitas yang konstan di ke 3 tangki berpengaduk.

8. Setelah selesai, mengosongkan seluruh tangki penampung dan ke 3 tangki berpengaduk. Mencuci bersih dengan air karena sisa air garam dapat membuat korosi pada alat.V. Data Pengamatan

Tabel 1. Konduktivitas Tangki Berpengaduk SeriWaktu (menit)Konduktivitas (S/cm)

Tangki 1Tangki 2Tangki 3

0652652652

2305412414

4101,4107,8160,2

648,465,9120,2

83740,663,6

1034,136,441,8

1231,731,937,4

1428,229,733,9

1625,12626,4

1821,822,122,7

2019,519,519,5

2219,519,519,5

2419,519,519,5

2619,519,519,5

2819,519,519,5

3019,519,519,5

Grafik Perubahan Konduktivitas Pada Tangki 1

Grafik Perubahan Konduktivitas Pada Tangki 2

Grafik Perubahan Konduktivitas Pada Tangki 3

Grafik Perubahan Konduktivitas Pada Ketiga Tangki

Grafik Time Konstan

VI. Perhitungan

a. Pembuatan Larutan

Larutan KCl 0,03 M dalam1 liter air

gr KCl = M x V x BM

= 0,03 mol/L x 1 L x 74,55 gr/mol

= 2,2365 gr (dibuat sebanyak 3 liter)

Larutan KCl 0,1 M dalam 100 ml air

gr KCl = M xV x BM

= 0,1 mol/L x 0,1 L x 74,55gr/mol

= 0,7455 gr

b. Kalibrasi konduktometer

Dik: KCl 0.1 M

Konduktivitas terukur: 26.28 mS.S-1

Dit: a. Konduktivitas KCl secara teoritis?

b. %Kesalahan?

Jawab:

Konduktivitas KCl 0.1 M teoritis

= 0.00735 S.cm-1

= 7.35 mS.cm-1

= 0.00763 S.cm-1

= 7.63 mS.cm-1

Sehingga,

L (KCl) = 7.35 mS.cm-1 + 7.63 mS.cm-1

= 14.98 mS.cm-1 %Kesalahan = x 100 %

= x 100 %

= 44.59 %c. Laju aliran masuk

V= 100 ml

t = 15,55 s

Q = 100 ml / 15,55 s

= 6,43 ml/sd. Volume tangki 1 :

Diameter = 9,5 cm, Jari-jari = 4,75 cm

Tinggi tabung = 11 cm

V = x r2 x t

= 3,14 x (4,75 cm)2 x 11 cm

= 779,30875 cm3

= 779,30875 mle. Time Constant secara teori (Kt)

K max = 652Kmin

= 19,5Kt

= (Kmax Kmin) 63,21%

= (652 19,5) 63,21%

= 632,5 x 0,632

= 399,74 secara praktek (Kp)Kp = 300 (dari grafik)VII. Analisa PercobaanPercobaan ini bertujuan untuk mengetahui efek dari perubahan input secara bertahap pada tangki berpengaduk yang disusun secara seri. Pada percobaan ini, konduktometer yang digunakan sebagai alat pendeteksi konduktivitas larutan yang nantinya digunakan sebagai acuan apakah telah dicapai kesetaraan konduktivitas, dikalibrasi dengan menggunakan larutan KCl 0,1 M. KCl dengan konsentrasi 0,03M sebagai larutan yang akan diamati perubahan konduktivitasnya bila diberikan perubahan input secara bertahap, serta aquadest sebagai umpan.

Sebagai umpan, aquadest dialirkan ke dalam tangki yang bersusun secara seri dengan menggunakan pompa dengan kecepatan aliran tertentu. Pada saat yang bersamaan pengaduk yang berada dalam tangki dihidupkan. Pengadukan dilakukan untuk mempercepat penghomogenan larutan KCl 0,3 M dengan aquadest.

Pada awalnya konsentrasi KCl pada tiap tangki ialah 0,03M dengan nilai konduktivitas 652 S/cm. Pada saat aquadest mulai dialirkan, konsentrasi pada tangki 1 akan berkurang. Begitu juga dengan konsentrasi pada tangki 2 dan tangki 3. Penurunan konsentrasi pada tangki 1 akan lebih cepat dibandingkan dengan tangki 2 maupun tangki 3. Hal ini dikarenakan larutan pada tangki 1 akan bercampur langsung dengan aquadest (umpan), sedangkan larutan pada tangki 2 dan tangki 3 akan bercampuran dengan larutan yang keluar dari tangki 1 dan tangki 2.

Meskipun umpan secara terus menerus masuk melalui tangki 1 yang akan terus menurun konsentrasinya, namun pada saat tertentu konsentrasi dari larutan yang berada didalam ketiga tangki akan sama (homogen). Waktu dimana ketiga tangki memiliki konsentrasi yang sama disebut waktu konstan. Dengan mengetahui waktu konstan maka dapat diperkirakan waktu yang dibutuhkan oleh suatu perubahan untuk mencapai stabil suatu keadaan konstan atau stabil sehingga pengaturan dapat sebelum perubahan tersebut disarankan oleh suatu proses atau sistemVIII. KesimpulanSetelah melakukan percobaan, dapat disimpulkan bahwa : Konsentrasi larutan dari ketiga tangki akan berbeda pada saaat awal penambahan aquadest (umpan). Namun, pada saat tertentu konsentrasi larutan pada ketiga tangki akan sama (homogen). Waktu dimana ketiga tangki memiliki konsentrasi yang sama disebut waktu konstan. Semakin lama waktu konstan, maka semakin banyak pula umpan yang dibutuhkan.

Faktor-faktor yang mempengaruhi waktu konstan: laju alir umpan dan pengadukan.DAFTAR PUSTAKATim Lab. Pengendalian Proses. 2014. Penuntun Praktikum Pengendalian Proses. Palembang : Politeknik Negeri Sriwijaya.https://www.academia.edu/4823276/dinamika_tangkihttp://tekimku.blogspot.com/2011/08/pengadukan-dan-pencampuran.htmlhttp://allaboutchemeng.blogspot.com/2011/05/reaktor-alir-tangki-berpengaduk-ratb.htmlGAMBAR ALAT

Tangki Berpengaduk Dengan Sususan SeriKeterangan

1. Pengaduk

2. Tanki

3. Konduktometer

4. Tombol on/off

5. Tombol stirrer

6. Tombol pump

7. Selang air masuk

8. Bak penampung

9. Selang keluaran

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Pipet Tetes

Labu Takar

Gelas Kimia

Spatula

Pengaduk

Pipet Ukur

Konduktometer 660

Corong

Bola Karet