PENGADUKAN DAN PENCAMPURAN ZAT CAIRIstilah pengadukan dan pencampuran, yang sering dikacau balaukan itu sebenarnya tidaklah sinonim satu sama lain. Pengadukan atau agitation menunjukkan gerakkan yang terinduksi menurut cara tertentu pada suatu bahan didalam bejana, diman gerakan itu biasanya mempuyai semacam pola sirkulasi. Pencampuran atau mixing, dilain pihak ialah peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara acak, dimana bahan yang satu menyebar kedalam bahan yang lain dan sebaliknya, sedang bahan-bahan itu sebelumnya terpisah dalam dua fase atau lebih. Istilah pencampuran digunakan untuk berbagai ragam operasi dimana derajat homogenitas bahan yang bercampur itu sangat berbeda-beda.

PENCAMPURANPencampuran merupakan operasi yang jauh lebih sulit dikaji dan diuraikan dari pengadukan. Pola aliran kecepatan fluida didalam bejana aduk sangat rumit ,namun cukup jelas dan dapat direproduksi.Konsumsi dayanya pun dapat diukur dengan mudah.Seringkali kriteria mengenai apa yang dinamakan pencampuran yang baik itu hanyalah visual saja,seperti dengan menggunakan fenomena interferer untuk mengikuti proses pencampuran gas di dalam talang,atau perubahan warna indikator asam basa untuk menentukan waktu yang diperlikan untuk menentukan pencampuran zat cair. Kriteria lain yang digunakan ialah laju berkurangnya fluktuasi mengenai pencampuran konsentrasi setelah suatu pencampur diinjeksikan ke dalam aliran fluida,variasi analogi cuplikan kecil yang diambil secara rambang dari berbagai bagian campuran itu,laju perpindahan zat terlarut dari satu fase zat cair ke dalam fase lain,dan dalam campuran zat padat dan zat cair,keseragaman suspensi sebagaimana dapat diamati secara fisual.

Pencampuran zat cair yang mampu campur. Pencampuran zat cair yang mampu campur (miscible)di dalam tangki merupakan proses yang berlangsung cepat dalam daerah turbulen. Impeller akan menghasilkan arus kecepatan tinggi,dan fluida itu mungkin dapat bercampur baik didaerah sekitar impeller karena adanya keturbulenan yang h54ebat. Pada waktu arus itu melambat karena membawa ikut zat cair lain dan mengalir disepanjang dinding,terjadi juga pencampuran radial sedang pusaran-pusaran besar pecah menjadi kecil,tetapi tidak banyak terjadi pencampuran pada arah aliran. Fluida itu akan mengalami satu lingkaran penuh dan kembali ke pusat impeller,dimana terjadi lagipencampuran yang hebat. Perhitungan yang didasarkan atas model ini menunjukkun bahwa pencampuran yang hampir komplit ( 99 %) akan dapat dicapai apabila isi tangki disirkulasikan kira-kira 5 kali.

Untuk tangki dan impeller tertentu,atau untuk berbagai sistem yang secara geometri serupa,waktu pencampuran diperkirakan akan berubah secara terbalik dengan kecepatan pengaduk,sebagaimana telah dibuktikan pula dengan percobaan.faktor waktu campur dapat disusun kembali untuk menunjukkan bagaimana perbedaannya dari yang diramalkan untuk reijin turbulen. Pers.

Pencampuran dengan jet. Dalam tangki penimbun yang besar-besar ,pencampuran kadang-kadang dilakukan dengan menyemprotkan jet zat cair dari samping. Arus yang bergerak itu masih dapat terlihat sampai agak jauh ,menunjukkan perilaku jet zat cair berpenampang bundar yang keluar dari nosel dan mengalir dengan kecepatan tinggi ke dalam kolam fluida stagnan,yang fluidanya sama dengan fluida jet. Kecepatan jet yang keluar dari nosel itu seragam lagi pula konstan, dan tetap demikian pada inti jet. Tetapi inti jet ini makin kecil luas penampangnya bila posisinya semakin jauh dari nosel. Inti itu dikelilingi oleh jet turbulen yang makin membesar , dimana kecepatan radial pun makin kecil bila jaraknya semakin jauh dari garis pusat jet. Jet turbulen itu tetap intregitasnya sampai pada titik jauh sesudah inti habis sama sekali , tetapi kecepatannya berangsur-angsur kurang.Persamaan yang berlaku adalahDimana: volume zat cair yang terbawa-ikut per satuan waktu pada jarak x volume zat cair yang meninggalkan nosel per satuan waktuPencampuran tanpa-gerak. Gas dan zat cair yang tidak viscos dapat dicampurkan dengan baik dengan melewatkannya melalui sepotong pipa kosong atau pipa yang di perlenglap dengan orifis atau sekat-sekat. Pencampuran yang lebih sulit bisa di lakukan dengan menggunakan pencampur tanpa-gerak(motionless mixer), yaitu suatu piranti yang di gunakan secara komersial.

Suspensi partikel zat padat. Suspensi partikel zat padat di dalam zat cair di buat untuk berbagai tujuan umpamanya untuk membuat campuran yanng homogeen yang akan di umpamakan ke dalam unit pengolah atau untuk melarutkan zat padat, untuk mempercepat reaksi kimia, atau untuk mempercepat peembentukan kristal di dalam larutan lewat jenuh. Bila zat padat di suspensikandi dalam tangki yang di aduk, ada beberapa cara untuk mendefinisikan kondisi susepensi itu. Proses yang berbeda akan mememrlukan derajat susupensi yang berlainan pula, dan karena itu kita perlu meenggunakan definisi yang tepat dan korelasi yang semestinya di dalam merancang atau dalam penerapan ke skala besar. Derajat suspensi yang di berikan di bawah ini di susun dalam urutan keseragaman suspensi yang makin baik dan pemasukan daya yang makin tinggi.1. Mendekati suspensi penuh2. Partikel bergeerk penuh3. Suspensi penuh atau susupensi di luar dasar4. Suspensi seragam

Pembesaran skala terap. Beberapa pangkajian tentang kondisi yang diperlukan untuk membuat suspensi partikel sudah terdapat dalam literatur, tetapi datanya biasanya terdapat dalam literratur, tetapi datanya biasanya terbatas pada tangki kecil, sedang metode yang terbaik untuk pembesaran skala terap (scale-up) masih belum diketahui dengan jelas hasil dari beberapa pengkajian disajikan pada gambar 9-20, dimana garis penuh adalah untuk ukuran tangki yang sebenarnya digunakan dalam percobaan, sedang garis putus-putus adalah yang disarankan untuk pembesaran skala terap.

Kecepatan kritis pengaduk diberikan oleh persamaan tanpa dimensi

OPERASI DISPERSIDalam membuat suspensi zat padat, ukuran dan luas permukaaan partikel yang berseentuhan dengan zat cair tidak berubah, deemikian pula volume total zat padat. Sebaliknya dalam oprasi dispersi(penyebaran) gas dalam zat cair atau zat cair dalam zat cair, ukuran gelembung atau tetes, demikian pula luas antar muka antara fase disepersi dan fase kontinu, selalu berubah, sesuai dengan kondisi dan derajat agitasi.Konsumsi daya turbin pendispersi . Konsumsi daya impeller turbin yang digunakan untuk dispersi gas lebih kecil dari turbin yang hanya mengaduk zat cair saja.Dalam merancang unit-unit besar,perubahan pelesapan daya karena pemberian gas itu harus diperhitungkan. Sebab ,penggerak agitator yang dipilih untuk meenangani momen puntir dalam sistem yang mengandung gas mungkin akan mendapat beban terlalu berat jika kadang-kadang sistem itu dioperasikan tanpa aliran gas, dan untuk itu mungkin diperlukan penngerak dengan kecepatan ganda.

Kapasitas impeler turbin dalam penanganan gas dan pembebanannya. Jika pemasukan gas ke dalam yang di perleengkapi dengan pengaduk turbin berangsur-angsur di tingkatkan, akan tercapai suatu titik dimana impeler itu banjir, artinya impeller itu di selunungi oleh gas sedemikian banyaknya sehingga tidak dapat lagi beroperasi dengan efektif. Jika aliran gas itu agak di kurangi seedikit, agitator itu akan dapat lagi mensirkulasikan zat cair dan meenyebarkan gas kembali; titik ini disebut titik redispersi(redispersion point) .

Dispersi zat cair dalam zat cair. Suatu zat cair, misalnya beenzena, dapat di dispersikan di dalam zat cair lain, misalnya air,yang tak-mampu-campur dengan zat cair yang pertama ,dengan bantuan berbagai alat. Mengenai ukuran tetesan ini sudah banyak korelasi yang diusulkan , ada yang berdasarkan daya persatuan volume, dan ada yang atas dasar kecepatan ujung impeller.

LAMBANGA = Luas silinder sapuan ujung daun impeller, atau B = Konsentrasi zat padat dalam suspensib = KonstantaD = diameter pipaE = tinggi impeller di atas dasar bejana, ft atau mEk = energi kinetik fluidaF = gaya, N ft = faktor waktu campurang = percepatan grafitasi, ft/det atau gc = faktor proporsionalitas H = kedalaman zat cair di dalam bejanaJ = lebar sekat, ft atau mk = rasio kecepatan tangensial zat cair pada ujung daun impeller L = Panjang daun impeller, ft atau mm = Eksponen N = Bnyaknya tetesan dan gelombang peer satuan volume P = daya V = kecepatan resultanu = kecepatan, ft/det

PENGADUKAN ZAT CAIRTujuan pengadukanpengadukan zat cair dilakukan untuk berbagai maksud bergantung dari tujuan lamgkah pengolahan itu sendiri. Tujuan pengadukan antara lain ialah : 1. Untuk membuat suspensi partikel zat padat 2. Untuk meramu zat cair yang mampu-campur (miscible), umpamanya metal alcohol dan air3. Untuk menyebarkan (disperse) gas didalam zat cair dalam bentuk gelembung-gelembung kecil4. Untuk menyebarkan cair yang tidak dapat bercampur dengan zat cair yang lain, sehingga membentuk emulsi atau suspensi butiran-butiran halus5. Untuk mempercepat perpindahan kalor antara zat cair dengan kumparan atau mantel kalorKadang-kadang pengaduk (agitator) digunakan untuk beberapa tujuan sekaligus seperti, umpanya , dalam hidrogenasi kalatilik daripada zat cair. Dalam bejana hidrogenasi, gas hydrogen didispersikan melalui zat cair dimana terdapat partikel-partikel katalis padat dalam kedaan suspense, sementara kalor reaksi duangkut keluar melalui kumparan atau mantel.alat penagdukzat cair biasanya diaduk dalam suatu tangki atau bejana, biasanya yang berbentuk silinder dengan sumbu terpasang vertical. Bagian atas bejana itu mungkin terbuka saja ke udara atau dapat saja tertutup. Ukuran dan proporsi tangki itu bermacam-macam, tergantung pada masalah pengadukan itu sendiri. Didalam tangki itu dipasang impeller pada ujung poros menggantung, artinya poros itu ditumpu dari atas. Poros itu digerakkan oleh motor yang kadang-kadang dihubungkan langsung dengan poros itu, namun biasanya dihubungkan melalui peti roda-gigi untuk menurunkan kecepatannya. Tangki itu biasanya diperlengkapi pula dengan lubang masuk dan lubang keluar, kumparan kalor, mantel, dan sumur untuk menempatkan termometer atau peranti pengukuran-suhu lainnya.impeller itu akan membangkitkan pola aliran didalam system, yang menyebabkan zat cair bersikulasi didalam bejana untuk akhirnya kembali ke impeller. Pola aliran dalam tangki aduk akan dibahas nanti pada bab ini juga.

Impeller.ada dua macam impeller pengaduk: jenis pertama membangkitkan arus sejajar denagn sumbu poros impeller, dan yang kedua membangkitkan arus pada tangensial atau radial. Impeller jenis pertama disebut impeller aliran-Aksial (Axial-flow impeller), sedangkan yang kedua impeller aliran Radial (Radial-flow impeller). Dari segi bentuknya, ada tiga jenis impeller : Propeler (baling-baling), dayung (paddle), dan turbin. Masing-masing jenis terdiri atas berbagai variasi dan sub jenis. Ada lagi jenis-jenis impeller lain yang dimaksudkan untuk situasi-situasi tertentu, namun ketiga jenis itu sepertinya dapat digunakan untuk menyelesaikan 95% dari semua masalah agitasi zat cair.

Propeller.Propeller merupakan aliran aksial berkecepatan tinggi untuk zat cair berviskositas rendah. Propeller kecil biasanya berputar pada kecepatan motor penuh, yaitu 1150 atau 1750 put/min, sedangkan propeller besar berputar pada 400 sampai 800 put/min. propeller yang berputar membuat pola heliks didalam zat cair,dan jika tidak ada gelincir antara zat cair dan propeller itu, satu putaran penuh propeller akan memindahkan zat cair secara longitudinal pada jarak tertentu, bergantung pada 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).

Dayung.untuk tugas-tugas sederhana, agitator yang terdiri dari satu dayung datar yang berputar pada poros vertical merupakan pengaduk yang cukup efektif. Kadang-kadang daun-daunnya dibuat miring, tetapi biasanya vertical saja. Dayung ini berputar ditengah bejana dengan kecepatan rendah sampai sedang, dan mendorong zat cair secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya gerakan vertical pada impeller, kecuali bila daunnya agak miring. Agitator dayung yang digunakan di industri biasanya berputar dengan kecepatan antara 20 dan 150 put/min. panjang total dayung biasanya antara 50 sampai 80% diameter dalam bejana. Lebar daunnya seperenam sampai sepersepuluh panjangnya. Pada kecepatan yang sangat rendah, dayung dapat memberikan pengadukan sedang didalam bejana tanpa sekat, pada kecepatan yang lebih tinggidiperlukan pemakaian sekat, sebab jika tidak, cat cair itu akan berputar-putar saja mengelilingi bejana itu dengan kecepatan tinggi, tetapi tanpa adanya pencampuran.

Turbin.Turbin biasanya efektif untuk menjangkau viskositas yang cukup luas.Pada zat cair berviskositas rendah, turbin itu menimbulkan arus yang sangat deras yang berlangsung di keseluruhan bejana, mencapai kantong-kantong stegnan dan merusaknya.

Pola aliran dalam bejana aduk. Jenis aliran didalam bejana yang sedang diaduk bergantung jenis aliran di dalam bejana yang sedang di aduk bergantung pada jenis impelr, karakteristik fluida ukuran, serta perbandingan(proporsi) tangki,sekat,dan agitator.Kecepatan fluida dalam setiap titik dalam tangki memnpunyai 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 longitudinalyang bekerja pada arah parallel dengan poros.Komponen ketiga ialah komponen tangensial atau rotasional, yang bekerja pada arah singgung terahadap lintasan lingkar di sekeliling poros.

Mencegah arus putarAliran lingkar (circulatory flow) dan arus putar(swirling) dapat dicegah dengan menggunakan tiga cara.Pada tangki tangki besar yang mempunyai agitator vertical,cara yang paling baik untuk mengurangi arus putar ialah dengan memasang sekat sekat(baffle) yang berfungsi merintangi aliran rotasi tanpa menganggu aliran radial atau aliran longitudinal

Agitatir dayung dan turbin berdaun datar memberikan aliran radial yang baik dalam bidang impeller itu dimana aliaran itu lalu membelah diri di dinding, membentuk dua pola lingkar yang terpisah.Pada tangki berbentuk silinder vertical, kedalaman zat cair harus sama dengan diameter tangk,atau sedikit lebih besar dari ituTabung jujutAliran balik ke impeller, apapun jenis impeller itu , dating ke impeller dari segala arah,karena itu tidak berpengaruh oleh sesuatu permukaan padat.Aliran ke propeller ataupun yang dari propeller, umpamanya ,pada dasarnya sama dengan aliran udara dari dan ke kipas yang beroperasi di dalam suatu ruang. Tabung jujut pada propeller biasanya dipasang mengelilingi impeller itu, sedangkan tabung jujut untuk turbin dipasang persis di atas impeller. Perbandingan ukuran itu biasanya adalah :

Sekat biasanya ada 4 buah, jumlah daun impeller bekisar antara 4 sampai 16, tetapi biasanya 6 atau 8. Tetapi dalam situasi tertentu mungkin diperlukan proporsi yang lain dari yang disebutkan diatas.

SIRKULASI, KECEPATAN,DAN KEBUTUHAN DAYA DALAM BEJANA ADUKAgar bejana proses bekerja efektif pada setiap masalah pengadukan yang dihadapi, volume fluida yang disirkulasikan oleh impeller harus cukup besar agar dapat menyapu keseluruhan bejana dalam waktu yang singkat. Demikian pula, kecepatan arus yang meninggalkan impeller itu harus cukup tinggi agar dapat mencapai semua sudut tangki.

Angka aliran.Agitator turbin dan agitator propeller adalah suatu pompa impeller yang beroperasi tanpa rumahan, dengan aliran masuk dan aliran keluar yang tidak terarah.

Karena . Laju alir volumetrik melalui impeller, dari Pers. (8-14),ialah

Di sini sebagai Apdiambil luas silinder yang di buat dengan sapuan ujung daun impeller, atau

Dimana Da = diameter impeller W= lebar daun impeller

Dari geometri gambar 9.10

Subtitusi terhadap dari persamaan (9.1) memberikan

Laju aliran volumetric dari pers. (9.2-9.4), karena itu ialah

Untuk impeller-impeler yang geometrinya sama, W sebanding dengan Da, sehingga untuk nilai k dan

Rasio antara kedua besaran itu disebut angka aliran ( flow number ) NQ yang didefinisikan oleh

Untuk turbin berdaun-rata,aliran total, ditasksir dari waktu sirkulasi rata-rata partikel atau perunut yang terlarut.

Kebutuhan daya.Suatu pertimbangan yang sangat penting dalam merancang bejana aduk ialah kebutuhan daya untuk mendorong impeller.Bila aliran didalam tangki adalha turbulen, kebutuhan daya dapat ditaksir dari hasil kali aliran q yang didapatkan dari impeller dan energy kinetik Ek persatuan volume fluida.

Kecepatan 2 sedikit lebih kecil dari kecepatan ujung . Jika rasio ditandai dengan , maka , dan kebutuhan daya ialah

Dalam bentuk tanpa dimensi

Ruas kiri pers. (9-11) dinamakan angka daya (power number), Np ,yang didefiniskan oleh

Untuk turbin standar berdaun enam, = 1,3 , dan jika dianggap 0,9 , = 5,2. Hal ini sesuai dengan pengamatan, seperti akan kita tunjukkan nanti.Kolerasi daya.Untuk menaksir daya yang diperlukan untuk memutar impeller pada kecepatan tertentu, diperlukan suatu kolerasi empirik mengenai daya (angka daya). Jumlah dan susunan sekat serta jumlah daun impeller perlu pula di tetapkan .variabel-variabel yang masuk kedalam analisis ialah ukuran-ukuran penting tangki dan impeller, viskositas dan densitas zat cair, kecepatan, dan karna hukum newton berlaku, tetapan dimensional. Berbagai pengukuran linear itu dapat dikonversikan menjadi rasio tanpa dimensi yang disebut faktor bentuk (shape factor). Diameter impeller sangat cocok untuk digunakan sebagai basis pengukuran dan faktor bentuk itu dihitung dengan membagi masing-masing ukuran lainnya dengan .Bila faktor bentuk untuk sementara kita abaikan, dan zat cair itu kita andaikan fluida Newton, maka daya P merupakan fungsi dari variabel lainnya, yaitu

Penerapan metode analisidimensi yang diuraikan dalam lampiran 4 menghasilkan :

Persamaam diatas boleh dituliskan :

Makna gugus-gugus tanpa dimensi.Oleh karena kecepatan ujung impeller sama dengan ,

Angka daya analogi dengan faktor gesek atau koefisien seret. Angka ini sebanding dengan gaya seret yang bekerja pada satu satuan luas impeller dan tegangan inersia. Tegangan inersia, pada gilirannya berhubungan pula dengan aliran momentum yang berkaitan dengan gerakan lindak fluida. Angka fraude merupakan ukuran dari rasio tegangan inersia gaya gravitasi pesatuan luas yang bekerja pada fluida itu.

DISUSUN OLEH: MUHAMMAD FAUZAN1232402002 FAISAL ABDI1232402009 IQBAL HARIS MUNANDAR1232402023 M.AZRIANSYAH AZWAR1232402017 M.IQBAL1232402008 IQBAL ULUL AZMI1232402021 RIZQI MUNANDA1232402010 MUHAMMAD REZA1232402003 RAHMAD ADE FERNANDA1232402001 T.ARIFIANSYAH DETA1232402007