A. Tujuan1. Menggambarkan pola aliran yang dibentuk oleh pengaduk dalam tangki2. Menggambarkan pola aliran dalam berbagai kecepatan putaran pengaduk3. Membuat grafik bilangan reynolds terhadap waktu yang diperlukan dalam penampuran sampai homogen4. Menentukan daerah rezim aliran dalam operasi pengadukan

B. Dasar TeoriPengadukanadalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan dari bahan yang diaduk seperti molekul- molekul, zat-zat yang bergerak atau komponennya menyebar (terdispersi).

gambar 1.(Dimensi sebuah Tangki Berpengaduk)dimana :C=tinggi pengaduk dari dasar tangkiD=diameter pengadukDt=diameter tangkiH=tinggi fluida dalam tangkiJ=lebar baffleW=lebar pengaduk

Tujuan Pengadukan :1. Mencampur dua cairan yang saling melarut2. Melarutkan padatan dalam cairan3. Mendispersikan gas dalam cairan dalam bentuk gelembung4. untuk mempercepat perpindahan panas antara fluida dengan koil pemanas dan jacket pada dinding bejana.Pencampuranadalah operasi yang menyebabkan tersebarnya secara acak suatu bahan ke bahan yang lain dimana bahan-bahan tersebut terpisah dalam dua fasa atau lebih.Proses pencampuran bisa dilakukan dalam sebuahtangki berpengaduk. Hal ini dikarenakan faktor-faktor penting yang berkaitan dengan proses ini, dalam aplikasi nyata bisa dipelajari dengan seksama dalam alat ini. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pengadukan dan pencampuran diantaranya adalah perbandingan antara geometri tangki dengan geometri pengaduk, bentuk dan jumlah pengaduk, posisi sumbu pengaduk, kecepatan putaran pengaduk, penggunaan sekat dalam tangki dan juga properti fisik fluida yang diaduk yaitudensitasdanviskositas. Oleh karena itu, perlu tersedia seperangkat alat tangki berpengaduk yang bisa digunakan untuk mempelajari operasi dari pengadukan dan pencampuran tersebut.Pencampuran terjadi pada tiga tingkatan yang berbeda yaitu :1. Mekanisme konvektif :pencampuran yang disebabkan aliran cairan secara keseluruhan (bulk flow).2. Eddy diffusion :pencampuran karena adanya gumpalan - gumpalan fluida yang terbentuk dan tercampakan dalam medan aliran.3. Diffusion :pencampuran karena gerakan molekuler.Ketiga mekanisme terjadi secara bersama-sama, tetapi yang paling menentukan adalah eddy diffusion. Mekanisme ini membedakan pencampuran dalam keadaan turbulen dengan pencampuran dalam medan aliran laminer. Sifat fisik fluida yang berpengaruh pada proses pengadukan adalahdensitasdanviskositas.

Secara khusus, proses pengadukan dan pencampuran digunakan untuk mengatasi tiga jenis permasalahan utama, yaitu :1. Untuk menghasilkan keseragaman statis ataupun dinamis pada sistem multifase multikomponen.2. Untuk memfasilitasi perpindahan massa atau energi diantara bagian-bagian dari sistem yang tidak seragam.3. Untuk menunjukkan perubahan fase pada sistem multikomponen dengan atau tanpa perubahan komposisi.Aplikasi pengadukan dan pencampuran bisa ditemukan dalam rentang yang luas, diantaranya dalam proses suspensi padatan, dispersi gas-cair, cair-cair maupun padat-cair, kristalisasi, perpindahan panas dan reaksi kimia.Dimensi dan Geometri TangkiKapasitas tangki yang dibutuhkan untuk menampung fluida menjadi salah satu pertimbangan dasar dalam perancangan dimensi tangki. Fluida dalam kapasitas tertentu ditempatkan pada sebuah wadah dengan besarnya diameter tangki sama dengan ketinggian fluida. Rancangan ini ditujukan untuk mengoptimalkan kemampuan pengaduk untuk menggerakkan dan membuat pola aliran fluida yang melingkupi seluruh bagian fluida dalam tangki.

Persamaan (1) merupakan rumus dari volume sebuah tangki silinder. Sehingga salah satu pertimbangan awal untuk merancang alat ini adalah dengan mencari nilai dari diameter yang sama dengan tangki untuk kapasitas fluida yang diinginkan dalam pengadukan dan pencampuran. Diameter tangki ditentukan dengan persamaan (2). Tangki dengan diamter yang lebih kecil dibandingkan ketinggiannya memiliki kecendrungan menambah jumlah pengaduk yang digunakan.

dengan D = t

Rancangan dasar dimensi dari sebuah tangki berpengaduk dengan perbandingan terhadap komponen-komponen yang menyusunnya ditunjukkan pada gambar 1.Hubungan dari dimensi pada gambar 1 adalah :

Geometri dari tangki dirancang untuk menghindari terjadinyadead zoneyaitu daerah dimana fluida bisa digerakkan oleh aliran pengaduk. Geometri dimana terjadinyadead zonebiasanya berbentuk sudut ataupun lipatan dari dinding-dindingnya.

Posisi Sumbu PengadukPada umumnya proses pengadukan dan pencampuran dilakukan dengan menempatkan pengaduk pada pusat diameter tangki(Center). Posisi ini memiliki polaaliran yang khas. Pada tangki tidak bersekat dengan pengaduk yang berputar ditengah, energi sentrifugal yang bekerja pada fluida meningkatkan ketinggian fluidapada dinding dan memperendah ketinggian fluida pada pusat putaran. Pola ini biasa disebut dengan pusaran(vortex)dengan pusat pada sumbu pengaduk. Pusaran ini akan menjadi semakin besar seiring dengan peningkatan kecepatan putaran yang juga meningkatkan turbulensi dari fluida yang diaduk. Pada sebuah proses dispersi gas-cair, terbentuknya pusaran tidak diinginkan. Hal ini disebabkan pusaran tersebut bisamenghasilkan dispersi udara yang menghambat dispersi gas ke cairan dan sebaliknya.

gambar 2.(Posisi Center dari sebuah Pengaduk yang menghasilkan Vortex)

Salah satu upaya untuk menghilangkan pusaran ini adalah dengan merubah posisi sumbu pengaduk. Posisi tersebut berupa posisi sumbu pengaduk tetap tegak lurus namun berjarak dekat dengan dinding tangki (off center) dan posisi sumbu berada pada arah diagonal (incline). Perubahan posisi ini menjadi salah satu variasi dalam penelitian yang dilakukan.

Sekat dalam TangkiSekat(Baffle)adalah lembaran vertikal datar yang ditempelkan pada dindingtangki. Tujuan utama menggunakan sekat dalam tangki adalah memecah terjadinya pusaran saat terjadinya pengadukan dan pencampuran. Oleh karena itu, posisi sumbupengaduk pada tangki bersekat berada di tengah. Namun, pada umumnya pemakaiansekat akan menambah beban pengadukan yang berakibat pada bertambahnya kebutuhan daya pengadukan. Sekat pada tangki juga membentuk distribusi konsentrasi yang lebih baik di dalam tangki, karena pola aliran yang terjadi terpecah menjadi empat bagian. Penggunaan ukuran sekat yang lebih besar mampumenghasilkan pencampuran yang lebih baik.

gambar 3. (Pemasangan Baffle diharapkan mampu meningkatkan kualitas pencampuran)Pada saat menggunakan empat sekat vertikal seperti pada gambar 3 biasa menghasilkan pola putaran yang sama dalam tangki. Lebar sekat yang digunakan sebaiknya berukuran 1/12 diameter tangki.

PengadukPemilihan pengaduk yang tepat menjadi salah satu faktor penting dalam menghasilkan proses dan pencampuran yang efektif. Pengaduk jenis baling-baling (propeller) dengan aliran aksial dan pengaduk jenis turbin dengan aliran radial menjadi pilihan yang lazim dalam pengadukan dan pencampuran.

Jenis-jenis PengadukSecara umum, terdapat tiga jenis pengaduk yang biasa digunakan secaraumum, yaitu pengaduk baling baling(propeller), pengaduk turbin(turbine), pengaduk dayung(paddle)dan pengadukhelical ribbon.Pengaduk jenis baling-baling(propeller)Ada beberapa jenis pengaduk yang biasa digunakan. Salah satunya adalah baling-baling berdaun tiga.

gambar 4.Pengaduk jenis Baling-baling (a), Daun Dipertajam (b), Baling-baling kapal (c)Baling-baling ini digunakan pada kecepatan berkisar antara 400 hingga 1750 rpm (revolutions per minute) dan digunakan untuk cairan dengan viskositas rendah.

Pengaduk Dayung(Paddle)Berbagai jenis pengaduk dayung biasanya digunakan pada kesepatan rendah diantaranya 20 hingga 200 rpm. Dayung datar berdaun dua atau empat biasa digunakan dalam sebuah proses pengadukan. Panjang total dari pengadukan dayung biasanya 60 - 80% dari diameter tangki dan lebar dari daunnya 1/6 - 1/10 dari panjangnya.

gambar 5.Pengaduk Jenis Dayung (Paddle) berdaun dua

Pengaduk dayung menjadi tidak efektif untuk suspensi padatan, karena aliran radial bisa terbentuk namun aliran aksial dan vertikal menjadi kecil. Sebuah dayung jangkar atau pagar, yang terlihat pada gambar 6 biasa digunakan dalam pengadukan. Jenis ini menyapu dan mengeruk dinding tangki dan kadang-kadang bagian bawah tangki. Jenis ini digunakan pada cairan kental dimana endapan pada dinding dapat terbentuk dan juga digunakan untuk meningkatkan transfer panas dari dan ke dinding tangki. Bagaimanapun jenis ini adalah pencampuran yang buruk. Pengaduk dayung sering digunakan untuk proses pembuatan pasn kanji, cat, bahan perekat dan kosmetik.

Pengaduk TurbinPengaduk turbin adalah pengaduk dayung yang memiliki banyak daun pengaduk dan berukuran lebih pendek, digunakan pada kecepatan tinggi untuk cairan dengan rentang kekentalan yang sangat luas. Diameter dari sebuah turbin biasanya antara 30 - 50% dari diamter tangki. Turbin biasanya memiliki empat atau enam daun pengaduk. Turbin dengan daun yang datar memberikan aliran yang radial. Jenis ini juga berguna untuk dispersi gas yang baik, gas akan dialirkan dari bagian bawah pengadukdan akan menuju ke bagian daun pengaduk lalu tepotong-potong menjadi gelembung gas.

gambar 6.Pengaduk Turbin pada bagian variasi.

Pada turbin dengan daun yang dibuat miring sebesar45o, seperti yang terlihat pada gambar 7, beberapa aliran aksial akan terbentuk sehingga sebuah kombinasi dari aliran aksial dan radial akan terbentuk. Jenis ini berguna dalam suspensi padatan kerena aliran langsung ke bawah dan akan menyapu padatan ke atas. Terkadang sebuah turbin dengan hanya empat daun miring digunakan dalam suspensi padat. Pengaduk dengan aliran aksial menghasilkan pergerakan fluida yang lebih besar dan pencampuran per satuan daya dan sangat berguna dalam suspensi padatan.

gambar 7.Pengaduk Turbin Baling-baling.

Pengaduk Helical-RibbonJenis pengaduk ini digunakan pada larutan pada kekentalan yang tinggi dan beroperasi pada rpm yang rendah pada bagian laminer. Ribbon (bentuk seperti pita) dibentuk dalam sebuah bagian helical (bentuknya seperti baling-balling helicopter dan ditempelkan ke pusat sumbu pengaduk). Cairan bergerak dalam sebuah bagian aliran berliku-liku pada bagiam bawah dan naik ke bagian atas pengaduk.

gambar 8.Pengaduk Jenis (a), (b) & (c) Hellical-Ribbon, (d) Semi-Spiral

Pemilihan PengadukViskositas dari cairan adalah salah satu dari beberapa faktor yang mempengaruhi pemilihan jenis pengaduk. Indikasi dari rentang viskositas pada setiap jenis pengaduk adalah :1. Pengaduk jenis baling-baling digunakan untuk viskositas fluida di bawah Pa.s (3000 cP)2. Pengaduk jenis turbin bisa digunakan untuk viskositas di bawah 100 Pa.s (100.000 cp)3. Pengaduk jenis dayung yang dimodifikasi seperti pengaduk jangkar bisa digunakan untuk viskositas antara 50 - 500 Pa.s (500.000 cP)4. Pengaduk jenis pita melingkar biasa digunakan untuk viskositas di atas 1000 Pa.s dan telah digunakan hingga viskositas 25.000 Pa.s. Untuk viskositas lebih dari 2,5 - 5 Pa.s (5000 cP) dan diatasnya, sekat tidak diperlukan karena hanya terjadi pusaran kecil.

gambar 9.Pola aliran yang dihasilkan oleh jenis-jenis pengaduk yang berbeda(a) Impeller,(b) Propeller, (c) Paddle dan (d) Helical ribbon

Kebutuhan Daya PengadukParameter Hidrodinamika dalam Tangki Berpengaduk :

Bilangan ReynoldBilangan tak berdimensi yang menyatakan perbandingan antara gaya inersia dan gaya viskos yang terjadi pada fluida. Sistem pengadukan yang terjadi bisa diketahui bilangan Reynold-nya dengan menggunakan persamaan 3.

dimana :Re = Bilangan Reynold = dnsitas fluida = viskositas fluida

Dalam sistem pengadukan terdapat 3 jenis bentuk aliran yaitu laminer, transisi dan turbulen. Bentuk aliran laminer terjadi pada bilangan Reynold hingga 10, sedangkan turbulen terjadi pada bilangan Reynold 10 hingga104dan transisi berada diantara keduanya.

Bilangan FraudeBilangan tak berdimensi ini menunjukkan perbandingan antara gaya inersia dengan gaya gravitasi. Bilangan Fraude dapat dihitung dengan persamaan berikut :

dimana :Fr = Bilangan FraudeN = kecepatan putaran pengadukD = diameter pengadukg = percepatan grafitasi

Bilangan Fraude bukan merupakan variabel yang signifikan. Bilangan ini hanya diperhitungkan pada sistem pengadukan dalam tangki tidak bersekat. Pada sistem ini permukaan cairan dalam tangki akan dipengaruhi gravitasi, sehingga membentuk pusaran (vortex). Vorteks menunjukkan keseimbangan antara gaya gravitasi dengan gaya inersia.

Laju dan Waktu PencampuranWaktu pencampuran(mixing time)adalah waktu yang dibutuhkan sehingga diperoleh keadaan yang homogen untuk menghasilkan campuran atau produk dengan kualitas yang telah ditentukan. Sedangkan laju pencampuran(rate of mixing)adalah laju dimana proses pencampuran berlangsung hingga mencapai kondisi akhir.

Pada operasi pencampuran dalam tangki berpengaduk, waktu pencampuran ini dipengaruhi oleh beberapa hal :

1. Yang berkaitan dengan alat, seperti :a. Ada tidaknya baffle atau cruciform vaffleb. Bentuk atau jenis pengaduk (turbin, propele, padel)c. Ukuran pengaduk (diameter, tinggi)d. Laju putaran pengaduke. Kedudukan pengaduk pada tangki, seperti : Jarak pengaduk terhadap dasar tangki Pola pemasangan : Center, vertikal Off center, vertical Miring(inclined)dari atas Horisontalf. Jumlah daun pengadukg. Jumlah pengaduk yang terpasang pada poros pengaduk

2. Yang berhubungan dengan cairan yang diaduk :a. Perbandingan kerapatan atau densitas cairan yang diadukb. Perbandingan viskositas cairan yang diadukc. Jumlah kedua cairan yang diadukd. Jenis cairan yang diaduk(miscible, immiscible)

Faktor-faktor tersebut dapat dijadikan variabel yang dapat dimanipulasi untuk mengamati pengaruh setiap faktor terhadap karakteristik pengadukan, terutama tehadap waktu pencampuran.

C. Prosedur Kerjaa) Menentukan Pola Aliran Pengadukan

b) Menentukan Waktu Pengadukan

D. Alat dan BahanAlatUkuran / kuantitas

Tangki berpengaduk1 buah

Stopwatch1 buah

Tachometer1 buah

Viscotester1 buah

Piknometer1 buah

Gelas kimia250 ml /2 buah

Gelas ukur50 ml

BahanUkuran / kuantitas

Tepung kanji750 gr

Aquadestsecukupnya

NaOH 2M100 ml

Indicator pp5 ml

H2SO42M100 ml

Air keran 15 L

Daftar Pustaka

http://tekimku.blogspot.com/2011/08/pengadukan-dan-pencampuran.html

9. Laporan Mixing Kelompok 7