mixing isi jadi

Praktikum POT I Mixing 2010

Kelompok 9 (Nurhafizah, Pauline, Prima, Radit)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Tujuan Percobaan

Tujuan umum dari penelitian ini adalah mempelajari korelasi antara parameter –

parameter dalam sebuah proses pengadukan dan pencampuran, seperti jenis pengaduk, posisi

sumbu pengaduk, penggunaan sekat dalam tangki dan pola aliran yang terjadi, terhadap

kebutuhan daya dalam proses pengadukan dan pencampuran dalam tangki berpengaduk.

I.2 Teori

Pengadukan dan pencampuran adalah salah satu proses yang penting untuk dipelajari

ialah. Hal ini dikarenakan penerapannya yang cukup luas dan berhubungan erat dengan kinerja

dari proses lainnya. Ditinjau dari definisinya, pengadukan (agitation) merupakan sebuah proses

yang menunjukkan gerakan yang terinduksi menurut cara tertentu pada suatu bahan di dalam

bejana dimana gerakan itu biasanya mempunyai semacam pola sirkulasi. Sementara itu

pencampuran, di lain pihak ialah peristiwa menyebarkan bahan-bahan secara acak, dimana bahan

yang satu menyebar ke bahan yang lainnya dan sebaliknya, sedang bahan-bahan itu sebelumnya

terpisah dalam dua fase atau lebih.

Aplikasi tersebut bisa dilakukan dalam sebuah tangki 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 ialah 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 yaitu densitas dan viskositas. Oleh

karena itu, perlu tersedia seperangkat alat tangki berpengaduk yang bisa digunakan untuk

mempelajari operasi dari pengadukan dan pencampuran tersebut.



Gambar 1. Seperangkat Alat Tangki Berpengaduk

I.2.1 Proses Pencampuran

Proses pencampuran dalam fasa cair dilandasi oleh mekanisme perpindahan

momentum di dalam aliran turbulen. Pada aliran turbulen, pencampuran terjadi pada 3 skala

yang berbeda, yaitu:

1. Pencampuran sebagai akibat aliran cairan secara keseluruhan (bulk flow) yang

disebut mekanisme konvektif.

2. Pencampuran karena adanya gumpalan-gumpalan fluida yang terbentuk dan

tercampakkan di dalam medan aliran yang dikenal sebagai eddies, sehingga

mekanisme pencampuran ini disebut eddy diffusion.

3. Pencampuran karena gerak molekular yang merupakan mekanisme pencampuran

difusi.

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 adalah densitas dan viskositas.

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 di antara bagian – bagian dari sistem yang tidak seragam dan (3) untuk menunjukkan

perubahan fase pada sistem multikomponen dengan atau tanpa perubahan komposisi.

Aplikasi pengadukan dan pencampuran bisa ditemukan dalam rentang yang luas,

diantara dalam proses suspensi padatan, dispersi gas-cair, cair-cair maupun padat-cair,

kristalisasi, perpindahan panas dan reaksi kimia.



I.2.2 Dimensi dan Geometri Tangki

Kapasitas tangki yang dibutuhkan untuk menampung fluida menjadi salah satu

pertimbangan dasar dalam perancangan dimensi tangki. Fluida dengan kapasitas tertentu

ditempatkan pada sebuah wadah dengan besarnya diamater 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.

tDV ..41 2

(1)

Persamaan 1 merupakan rumus dari volum sebuah tangki silinder. Sehingga salah

satu pertimbangan awal untuk merancang alat ini adalah dengan mencari nilai dari diamater

yang sama dengan ketinggian tangki untuk kapasitas fluida yang diinginkan dalam

pengadukan dan pencampuran. Diameter tangki ditentukan dengan persamaan 2. Tangki

dengan diamater yang lebih kecil dibandingkan ketinggiannya memiliki kecendrungan

menambah jumlah pengaduk yang digunakan.

tDdenganVD ,43

(2)

Rancangan dasar dimensi dari sebuah tangki berpengaduk dengan perbandingan

terhadap komponen – komponen yang menyusunnya ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 2. Dimensi sebuah Tangki Berpengaduk

Dimana C = tinggi pengaduk dari dasar tangki



D = diameter pengaduk

Dt = diameter tangki

H = tinggi fluida dalam tangki

J = lebar baffle

W = lebar pengaduk

Hubungan dari dimensi pada gambar 2 adalah [1] :

11

HDt ;

13

DDt ;

11

DC ;

41

DW ;

112

JDt

Geometri dari tangki dirancang untuk menghindari terjadinya dead zone yaitu daerah

dimana fluida tidak bisa digerakkan oleh aliran pengaduk. Geometri dimana terjadinya dead zone

biasanya berbentuk sudut ataupun lipatan dari dinding-dindingnya.

Posisi Sumbu Pengaduk

Pada umumnya proses pengadukan dan pencampuran dilakukan dengan

menempatkan pengaduk pada pusat diameter tangki (center). Posisi ini memiliki pola

aliran yang khas. Pada tangki tidak bersekat dengan pengaduk yang berputar di

tengah, energi sentrifugal yang bekerja pada fluida meningkatkan ketinggian fluida

pada 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 bisa

menghasilkan dispersi udara yang menghambat dispersi gas ke cairan dan

sebaliknya.

Gambar 3. Posisi Center dari Sebuah Pengaduk yang Menghasilkan Vortex [4][5].



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 Tangki

Sekat (Baffle) adalah lembaran vertikal datar yang ditempelkan pada dinding

tangki. Tujuan utama menggunakan sekat dalam tangki adalah memecah terjadinya

pusaran saat terjadinya pengadukan dan pencampuran. Oleh karena itu, posisi sumbu

pengaduk pada tangki bersekat berada di tengah. Namun, pada umumnya pemakaian

sekat 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 mampu

menghasilkan pencampuran yang lebih baik.

Gambar 4. Pemasangan Baffle Diharapkan Mampu menigkatkan Kualitas Pencampuran [5].

Pada saat menggunakan empat sekat vertikal seperti pada gambar 4 bisa

menghasilkan pola perputaran yang sama dalam tangki. Lebar sekat yang digunakan

sebaiknya berukuran 1/12 diameter tangki [1][6].

Pengaduk

Pemilihan pengaduk yang tepat menjadi salah satu faktor penting dalam

menghasilkan proses pengadukan 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.

a. Jenis – jenis pengaduk

Secara umum, terdapat tiga jenis pengaduk yang biasa digunakan secara

umum, yaitu pengaduk baling – baling (propeller), pengaduk turbin (turbine),

pengaduk dayung (paddle) dan pengaduk helical ribbon.

i. Pengaduk jenis baling – baling ( propeller )

Ada beberapa jenis pengaduk yang biasa digunakan. Salah satunya adalah

baling-baling berdaun tiga.

(a) (b) (c)

Gambar 5. Pengaduk Jenis Baling – baling (a) Daun Dipertajam

(b) Baling – Baling Kapal (c) Daun Turbin. [5]

Baling - baling ini bisa digunakan pada kecepatan berkisar antara 400

hingga 1750 rpm ( revolutions per minute ) dan digunakan untuk cairan

dengan viskositas rendah [6].

ii. Pengaduk dayung ( paddle )

Berbagai jenis pengaduk dayung biasanya digunakan pada kecepatan

rendah diantara 20 hingga 200 RPM. Dayung datar berdaun dua atau empat

biasa digunakan dalam sebuah proses pengadukan. Panjang total dari

pengaduk dayung biasanya 60 – 80 % dari diameter tangki dan lebar dari

daunnya 1/6 – 1/10 dari panjangnya [6].

. Gambar 6. Pangaduk Jenis Dayung ( Paddle ) Berdaun Dua [8].



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 pencampur yang buruk. Pengaduk dayung

sering digunakan untuk proses pembuatan pasta kanji, cat, bahan perekat dan

kosmetik.

iii. Pengaduk turbin

Pengaduk turbin adalah pengaduk dayung yang memiliki banyak daun

pengaduk dan beukuran lebih pendek, digunakan pada kecepatan tinggi untuk

cairan dengan rentang kekentalan yang sangat luas. Diameter dari sebuah

turbin biasanya antara 30-50 % dari diameter tangki [6]. 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 pengaduk dan akan menuju ke

bagian daun pengaduk lalu terpotong – potong menjadi gelembung gas.

Gambar 7. Pengaduk Jenis Turbin pada berbagai variasi [8].

Pada turbin dengan daun yang dibuat miring sebesar 45o , seperti yang

terlihat pada gambar 8, beberapa aliran aksial akan terbentuk sehingga sebuah

kombinasi dari aliran aksial dan radial akan terbentuk. Jenis ini berguna

dalam suspensi padatan karena 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 8. Pengaduk Turbin Baling – Baling [8].

iv. Pengaduk helical-ribbon

Jenis pengaduk ini digunakan pada larutan dengan kekentalan yang tinggi

dan beroperasi pada rpm yang rendah pada bagian laminar. Ribbon

(bentuknya seperti pita) dibentuk dalam sebuah bagian helical (bentuknya

seperti baling-baling helicopter dan ditempelkan ke pusat sumbu pengaduk).

Cairan bergerak dalam sebuah bagian aliran berliku – liku pada bagian bawah

dan naik ke bagian atas pengaduk.

(a) (b) (c) (d)

Gambar 9. Pengaduk Jenis (a), (b) & (c) Hellical Ribbon, (d) Semi-Spiral [9].

b. Kecepatan pengaduk

Salah satu variasi dasar dalam proses pengadukan dan pencampuran adalah

kecepatan putaran pengaduk yang digunakan. Variasi kecepatan putaran pengaduk

bisa memberikan gambaran mengenai pola aliran yang dihasilkan dan daya listrik

yang dibutuhkan dalam proses pengadukan dan pencampuran. Secara umum,

klasifikasi kecepatan putaran pengaduk dibagi dalam tiga garis besar, yaitu

kecepatan putaran rendah, sedang dan tinggi [8][10].

i. Kecepatan putaran rendah

Kecepatan rendah yang digunakan berkisar pada kecepatan 400 rpm.

Pengadukan dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk minyak kental,



lumpur di mana terdapat serat atau pada cairan yang dapat menimbulkan

busa.

Jenis pengadukan ini menghasilkan pergerakan batch yang sempurna

dengan sebuah permukaan fluida yang datar untuk menjaga temperatur atau

mencampur larutan dengan viskositas dan gravitasi spesifik yang sama.

ii. Kecepatan putaran sedang

Kecepatan sedang yang digunakan berkisar pada kecepatan 1150 rpm.

Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk larutan sirup

kental dan minyak pernis.

Jenis ini paling sering digunakan untuk meriakkan permukaan pada

viskositas yang rendah, mengurangi waktu pencampuran, mencampur larutan

dengan viskositas yang berbeda dan bertujuan untuk memanaskan atau

mendinginkan.

iii. Kecepatan putaran tinggi

Kecepatan tinggi yang digunakan berkisar pada kecepatan 1750 rpm.

Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk fluida dengan

viskositas rendah misalnya air.

Tingkat pengadukan ini menghasilkan permukaan yang cekung pada

viskositas yang rendah dan dibutuhkan ketika waktu pencampuran sangat

lama atau perbedaan viskositasnya sangat besar.

c. Jumlah pengaduk

Penambahan Jumlah pengaduk yang digunakan pada dasarnya bertujuan

untuk tetap menjaga efektifitas pengadukan pada kondisi yang berubah.

Ketinggian fluida yang lebih besar dari diameter tangki, disertai dengan viskositas

fluida yang lebih besar dan diameter pengaduk yang lebih kecil dari dimensi yang

biasa digunakan, merupakan kondisi dimana pengaduk yang digunakan lebih dari

satu buah, dengan jarak antar pengaduk sama dengan jarak pengaduk paling

bawah ke dasar tangki. Penjelasan mengenai kondisi pengadukan dimana lebih

dari satu pengaduk yang digunakan dapat dilihat dalam tabel 1.



Tabel 1. Kondisi untuk Pemilihan Jumlah Pengaduk [10]

Satu Pengaduk Dua Pengaduk

Fluida dengan viskositas rendah

Pengaduk menyapu dasar tangki

Kecepatan bali akiran yang tinggi

Ketinggian permukaan cairan yang

bervariasi

Fluida dengan viskositas sedang

dan tinggi

Pengadukan pada tangki yang

dalam

Gaya gesek aliran lebih besar

Ukuran mounting nozzle yang

minimal

d. Pemilihan pengaduk

Viskositas dari cairan adalah salah satu dari beberapa faktor yang

mempengaruhi pemilihan jenis pengaduk. Indikasi dari rentang viskositas pada

setiap jenis pengaduk adalah [10] :

1. Pengaduk jenis baling – baling digunakan untuk viskositas fluida di bawah

3 Pa.s (3000 cP).

2. Pengaduk jenis turbin bisa digunakan untuk viskositas di bawah 100 Pa.s

(100000 cP);

3. Pengaduk jenis dayung yang dimodifikasi seperti pengaduk jangkar bisa

digunakan untuk viskositas antara 50 – 500 Pa.s (500000) cP;

4. Pengaduk jenis pita melingkar biasa digunakan untuk viskositas di atas

1000 Pa.s dan telah digunakan hingga viskositas 25000 Pa.s. Untuk

viskositas lebih dari 2.5-5 Pa.s (5000 cP) dan diatasnya, sekat tidak

diperlukan karena hanya terjadi pusaran kecil.

(a) (b) (c) (d)

Gambar 10. Pola Aliran yang dihasilkan oleh jenis – jenis pengaduk yang berbeda, (a)impeller, (b)propeller, (c)paddle

dan (d)helical ribbon [7]



I.2.3 Kebutuhan Daya Pengadukan

Parameter Hidrodinamika dalam Tangki Berpengaduk

a. Bilangan Reynold

Bilangan tak berdimensi ini 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.

NDNDD 2

Re (3)

dimana Re = Bilangan Reynold

= densitas fluida

= viskositas fluida

Dalam sistem pengadukan terdapat 3 jenis bentuk aliran yaitu laminar, transisi

dan turbulen. Bentuk aliran laminar terjadi pada bilangan Reynolds hingga 10,

sedangkan turbulen terjadi pada bilangan Reynolds 10 hingga 104 dan transisi

berada di antara keduanya [9].

b. Bilangan Fraude

Bilangan tak berdimensi ini menunjukkan perbandingan antara gaya inersia

dengan gaya gravitasi. Bilangan Fraude dapat dihitung dengan persamaan berikut

:

g

DNDg

NDgD

vFr222

(4)

dimana Fr = bilangan Fraude

N = kecepatan putaran pengaduk

D = diameter pengaduk

G = percepatan gravitasi

Bilangan Fraude bukan merupakan variabel yang signifikan. Bilangan ini

hanya diperhitungkan pada sistem pengadukan dalam tangki tidak bersekat. Pada



sistem ini bentuk permukaan cairan dalam tangki akan dipengaruhi gravitasi

sehingga membentuk pusaran (vortex). Vorteks menunjukkan keseimbangan

antara gaya gravitasi dengan gaya inersia [10].

Daya Pengadukan dan Pencampuran.

Pencampuran bisa dikarakterisasi dengan horsepower, kecepatan dan torque.

Kecepatan ditulis dalam putaran per menit (rpm), karena torque adalah energi

perputaran yang dihasilkan oleh pengaduk dalam inch-pounds atau inch-ounces.

Kecepatan, torque dan horsepower dihubungkan dengan persamaan di bawah ini:

rpmxHPTorque 63025

(5)

Persamaan 5 membantu untuk menjelaskan bagaimana pengaduk dengan

kecepatan rendah secara umum menghasilkan kapabilitas torque yang jauh lebih

tinggi untuk sebuah horsepower yang diberikan.

Diameter dari pengaduk atau dayuh juga berpengaruh terhadap beban torque

dalam pencampuran. Daya yang diutuhkan untuk memutar sebuah pengaduk

berhubungan dengan diameter dan kecepatan pengaduknya. Persamaannya menjadi :

Power = rpm3 x Diameter5 (6)

Sedikit peningkatan kecepatan putaran dan diameter pengaduk akan menyebabkan

sebuah penambahan kebutuhan daya yang besar. Sehingga, daya juga bisa di hitung

dengan :

rF . (7)

.P (8)

Dimana “ ” adalah tenaga putaran dan “F” adalah energi dan “r” adalah jarak

dari tangkai putaran dan kecepatan angular [5].

Hubungan Daya dengan Hidrodinamika Fluida

Dalam perancangan dari sebuah tangki berpengaduk, salah satu faktor

pertimbangan yang penting adalah daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan

pengaduk. Karena daya yang dibutuhkan untuk sebuah proses pengadukan dan

pencampuran tidak bisa ditebak secara teoritis.



Konsumsi daya adalah hubungan densitas fluida ρ, viskositas fluida µ dan

diameter pengaduk Da yang diplot dalam sebuah grafik antara bilangan daya (Np)

dibandingkan dengan bilangan Reynold ( Nre ). Bilangan daya adalah :

(9)

Sebuah tangki dimana sebuah fluida non-newtonian dengan densitas , dan

viskositas µ dan diputar dengan sebuah pengaduk berdiameter D dan pada kecepatan

putaran N. Jika diameter tangki adalah T, lebar pengaduk W dan ketinggian cairan H.

Kebutuhan daya dari pengaduk ( P ) menunjukkan jumlah energi yang dibutuhkan

pada cairan dan bergantung pada variabel di bawah ini :

HWTDgNPP ,,,,,,, (10)

Hal ini tidak mungkin untuk mendapatkan hubungan fungsional dalam persamaan

di atas, karena geometri yang rumit dari tangki, pengaduk dan variabel lain seperti

kawat pemanas [5]. Menggunakan analisis dimensional, jumlah variabel

menggambarkan permasalahannya bisa diminimalisir dan persamaan di atas

dikurangi hingga :

etc

DH

DW

DT

gDNNDf

DNP ,,,,,

22

53

(11)

dimana 53DNP

adalah jumlah daya, PO ;

2ND adalah angka Reynolds, Re ;

g

DN 2

adalah angka Froud, Fr ;

I.2.4 Laju dan Waktu Pencampuran

Waktu 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 di mana proses

pencampuran berlangsung hingga mencapai kondisi akhir [10].

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 baffle

b. bentuk atau jenis pengaduk (turbin, propeler, padel)

c. ukuran pengaduk (diameter, tinggi)

d. laju putaran pengaduk

e. kedudukan pengaduk pada tangki, seperti:

1. jarak pengaduk terhadap dasar tangki

2. pola pemasangannya:

- center, vertikal

- off center, vertikal

- miring (inclined) dari atas

- horisontal

f. jumlah daun pengaduk

g. jumlah pengaduk yang terpasang pada poros pengaduk

2. Yang berhubungan dengan cairan yang diaduk:

a. perbandingan kerapatan/ densitas cairan yang diaduk

b. perbandingan viskositas cairan yang diaduk

c. jumlah kedua cairan yang diaduk

d. jenis cairan yang diaduk (miscible, immiscible)

Faktor-faktor tersebut dapat dijadikan variabel yang dapat dimanipulasi untuk

mengamati pengaruh setiap faktor terhadap karakteristik pengadukan, terutama terhadap

waktu pencampuran.



BAB II

PERCOBAAN A. Prosedur Percobaan

A. Preparasi Bahan

Timbang 50 gram cat air warna primer dalam gelas ukur.

Larutkan warna primer tersebut dengan air hingga 1 L

B. Preparasi Alat

Masukkan 500 mL air fluida ke dalam tangki 2 L

Posisi sumbu pengaduk hanya pada center

Siapkan Stopwatch

Tahapan Selanjutnya, sama dengan pada tahapan pengadukan

C. Proses pencampuran

Putar potensiometer hingga motor mulai berjalan

Catat Tegangan dan Arus listrik yang digunakan

Hitung Kecepatan putaran dengan tachometer

Masukkan 500mL cairan warna primer dalam fluida

Hitung waktu pencampuran, dari mulai dituang hingga tercapai distribusi

merata secara visual.

Lakukan pencampuran unuk membentuk tiga larutan warna primer

Pisahkan 500 ml larutan warna primer yang sudah terbentuk, lalu

masukkan cairan warna primer lain untuk membentuk warna sekunder.

Sehingga kapasitas pengadukan tetap 2 L.

Lakukan tahapan – tahapan di atas untuk tiap jenis pengaduk yang ada.

Isi data pada form M2.



Gambar 4.7. Warna Primer dan Pencampurannya menjadi Warna Sekunder.

B. Hasil Pengamatan

1. Pitch Blade Propeller

a. Posisi Tegak (6 Volt)

CampuranWarna Tegangan

(V)

Arus

(I)

Daya

(Watt)

Waktu

(s)

Speed

(RPM)

Merah (12,03 gr) +

Kuning (12,02 gr)

3,7 7,88 29,156 11,8 1039

Biru (11,97 gr) +

Kuning (11,99 gr)

3,5 6,7 23,45 9,6 812,2

Merah (12,03 gr) + Biru

(11,94 gr)

3,8 7,5 28,5 15,7 294

b. Posisi Tegak (10 Volt)


(V)

Arus

(I)

Daya

(Watt)

Waktu

(s)

Speed

(RPM)

Merah (11,99 gr) +

Kuning (12,08 gr) 4,0 10,12 40,48 9,7 2347

Biru (12,06 gr) +

Kuning (12,08 gr) 4,1 10,82 44,362 8,7 727,8




(11,93 gr) 4,5 9,38 42,21 8,04 969,8

c. Posisi Miring (6 Volt)


(V)

Arus

(I)

Daya

(Watt)

Waktu

(s)

Speed

(RPM)

Merah (12,03 gr) +

Kuning (12,02 gr) 3,8 7,29 27,702 12,3 414,4

Biru (11,97 gr) +

Kuning (11,99 gr) 4,2 8,35 35,07 9 682,9


(11,94 gr) 4,1 7,86 32,226 23,8 346,5

d. Posisi Miring (10 Volt)


(V) Arus (I)

Daya

(Watt)

Waktu

(s)

Speed

(RPM)

Merah (11,99 gr) +

Kuning (12,08 gr) 5 10,04 50,2 8,3 884,7

Biru (12,06 gr) +

Kuning (12,08 gr) 4,9 10,08 49,392 9 890,6


(11,93 gr) 5 10,06 50,3 9,5 2232

2. Turbine Impeller

a. PosisiTegak (6 Volt)


(V)

Arus

(I)

Daya

(Watt)

Waktu

(s)

Speed

(RPM)

Merah (11,95 gr) + 3,9 7,79 30,381 8,4 3571



Kuning (12,01 gr)

Biru (6,10 gr) + Kuning

(6.04 gr) 3,9 8,82 34,398 5 4779


(12,02 gr) 4,0 7,7 30,8 9,9 615,8

b. Posisi Tegak (10 Volt)


(V) Arus (I)

Daya

(Watt)

Waktu

(s)

Speed

(RPM)

Merah (8,23 gr) +

Kuning (8,16 gr) 4,0 10,62 42,48 8,1 291,5


(5.03 gr) 3,9 11,06 43,134 4,5 1054


(11,93 gr) 4,5 9,38 42,21 8,04 969,8

c. Posisi Miring (6 Volt)


(V)

Arus

(I)

Daya

(Watt)

Waktu

(s)

Speed

(RPM)

Merah (11,95 gr) +

Kuning (12,01 gr) 4,2 7,79 32,718 5,8 610,3


(6.04 gr) 4,4 8,95 39,38 6,5 768,7


(12,02 gr) 4,1 7,86 32,226 23,8 346,5



d. Posisi Miring (10 Volt)


(V) Arus (I)

Daya

(Watt)

Waktu

(s)

Speed

(RPM)

Merah (8,23 gr) +

Kuning (8,16 gr) 4,1 11,63 47,683 7,2 7507


(5.03 gr) 4,0 10,56 42,24 5,2 1048


(11,93 gr) 5,0 10,06 50,30 9,5 2232



BAB III

PERHITUNGAN

III.1 Grafik

III.1.1 Pitch Blade Propeller

a. Posisi Tegak

051015202530354045

0

2

4

6

8

10

12

14

0 500 1000 1500 2000 2500

t (D

etik

)

Kecepatan Pengadukan (RPM)

Merah+Kuning Dengan Pitch Blade Propeller Posisi Tegak

Waktu Pengadukan

Daya Pengadukan

05101520253035404550

8,68,78,88,9

99,19,29,39,49,59,69,7

720 740 760 780 800 820

t (D

etik

)


Biru+Kuning Dengan Pitch Blade Propeller Posisi Tegak

Waktu Pengadukan

Daya Pengadukan



b. Posisi Miring

024681012141618

05

1015202530354045

0 200 400 600 800 1000 1200

t (D

etik

)


Merah+Biru Dengan Pitch Blade Propeller Posisi Tegak

Daya Pengadukan

Waktu Pengadukan

0

2

4

6

8

10

12

14

0

10

20

30

40

50

60

0 200 400 600 800 1000

t (D

etik

)


Merah+Kuning Dengan Pitch Blade Propeller Posisi Miring

Daya Pengadukan

Waktu Pengadukan



012345678910

0

10

20

30

40

50

60

0 200 400 600 800 1000

t (D

etik

)


Biru+Kuning Dengan Pitch Blade Propeller Posisi Miring

Daya Pengadukan

Waktu Pengadukan

0

5

10

15

20

25

0

10

20

30

40

50

60

0 500 1000 1500 2000 2500

t (D

etik

)


Merah+Biru Dengan Pitch Blade Propeller Posisi Miring

Daya Pengadukan

Waktu Pengadukan



2. Turbine Impeller

a. PosisiTegak

8,05

8,1

8,15

8,2

8,25

8,3

8,35

8,4

8,45

05

1015202530354045

0 1000 2000 3000 4000

t (D

etik

)


Merah+Kuning Dengan Turbine Impeller Posisi Tegak

Daya Pengadukan

Waktu Pengadukan

4,4

4,5

4,6

4,7

4,8

4,9

5

5,1

05

101520253035404550

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

t (D

etik

)


Biru+Kuning Dengan Turbine Impeller Posisi Tegak

Daya Pengadukan

Waktu Pengadukan



b. Posisi Miring

0

2

4

6

8

10

12

05

1015202530354045

0 200 400 600 800 1000 1200

t (D

etik

)


Merah+Biru Dengan Turbine Impeller Posisi Tegak

Daya Pengadukan

Waktu Pengadukan

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0

10

20

30

40

50

60

0 2000 4000 6000 8000

t (D

etik

)


Merah+Kuning Dengan Turbine Impeller Posisi Miring

Daya Pengadukan

Waktu Pengadukan



0

1

2

3

4

5

6

7

39

39,5

40

40,5

41

41,5

42

42,5

0 200 400 600 800 1000 1200

t (D

etik

)


Biru+Kuning Dengan Turbine Impeller Posisi Miring

Daya Pengadukan

Waktu Pengadukan

0

5

10

15

20

25

0

10

20

30

40

50

60

0 500 1000 1500 2000 2500

t (D

etik

)


Merah+Biru Dengan Turbine Impeller Posisi Miring

Daya Pengadukan

Waktu Pengadukan



BAB IV

PEMBAHASAN

IV.1 ANALISA

a. AnalisaPercobaan

Pada percobaan kali ini dilakukan proses mixing/pencampuran yang bertujuan untuk

mempelajari hubungan antara parameter – parameter yang berpengaruh dalam proses

pengadukan dan pencampuran. Parameter – parameter tersebut antara lain jenis pengaduk, posisi

sumbu pengaduk, penggunaan sekat dalam tangki dan pola aliran yang terjadi, terhadap

kebutuhan daya dalam proses pengadukan dan pencampuran dalam tangki berpengaduk. Selain

itu juga tujuan dari proses pencampuran dan pengadukan (yang merupakan tujuan teoritis

percobaan) yaitu untuk menghasilkan keseragaman statis dan dinamis pada system multifase

multikomponen, untuk memfasilitasi transfer massa atau energi antara bagian – bagian sistem

yang tidak seragam, serta untuk menunjukkan perubahan fase pada system multikomponen

dengan atau tanpa terdapat perubahan komposisi. Pada percobaan kali ini dilakukan proses

dispersi padat – cair yakni pada fluida kental dengan bahan yang digunakan yaitu cat warna.

Salah satu parameter yang berperan dalam proses pengadukan yaitu posisi sumbu

pengaduk. Untuk mengetahui pengaruh posisi pengaduk, dilakukan suatu variasi posisi sumbu

pengaduk dan juga memvariasikan jenis pengaduk. Pengadukan menghasilkan pola tertentu

sesuai dengan pergeseran fluida yang dibentuk oleh pengaduk tersebut. Dari variasi sumbu

pengaduk dan variasi jenis mengaduk, kita dapat menentukan jenis pengaduk dan posisi

pengaduk yang paling efisien untuk proses pengadukan. Pengertian efisien disini adalah

kebutuhan daya pengadukan yang seminimum mungkin untuk memperoleh hasil yang optimal.

Perubahan densitas viskositas juga menghasilkan perubahan kebutuhan daya pengadukan

untuk kecepatan putaran dan diameter pengaduk yang sama. Semakin besar densitas fluida, maka

akan semakin besar pergerakannya dan semakin besar viskositas fluida, sehingga pergerakan

fluida akan semakin kecil untuk kecepatan putaran dan diameter pengaduk yang sama.

Proses pencampuran memerlukan waktu untuk memaksimalkan keseragaman fluida yang

diaduk. Pada aplikasinya, perubahan waktu pengadukan dipengaruhi oleh kecepatan putaran



(rpm) yang memengaruhi kebutuhan daya yang diperlukan. Kebutuhan daya akan berbeda-beda

untuk setiap jenis pengaduk, bergantung pada dimensi dan geometri pengaduk yang digunakan.

Percobaan pencampuran dan pengadukan bertujuan untuk mencari kondisi optimum dari

2 jenis pengaduk yaitu Pitch Blade Propeller dan Turbine Impeller. Kondisi optimum

merupakan kebutuhan daya minimum dan waktu pencampuran optimum terhadap kecepatan

putaran yang dibutuhkan untuk menghasilkan dispersi padat cair yang homogen. Titik optimum

diperoleh dari perpotongan antara grafik kecepatan putaran terhadap waktu pencampuran dengan

kecepatan putaran terhadap daya yang dibutuhkan.(grafik terdapat pada bab III).

Pencampuran (mixing) pada zat cair berlangsung dengan cepat dalam aliran turbulen.

Blade yang digunakan akan menghasilkan arus yang berkecepatan tinggi, dan fluida dapat

bercampur dengan baik di daerah sekitar blade pengaduk. Hal ini terjadi karena adanya aliran

turbulen yang sangat kuat disekitar pengaduk tersebut.

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, pada percobaan ini digunakan 2 jenis

pengaduk yang berbeda yang gambarnya dapat dilihat di bawah ini:

Gambar Pitch blade propeller danTurbine impeller.

Pada gambar kedua jenis pengaduk tersebut terlihat bahwa turbin impeller memiliki

banyak daun pengaduk dan berukuran lebih pendek dibandingkan dengan pitch blade propeller.

Pengaduk turbine impeller ini cocok untuk digunakan pada kecepatan tinggi dengan cairan yang

memiliki rentang kekentalan yang sangat luas. Daun pada pengaduk turbin memiliki jumlah dan

ukuran yang bervariasi dan juga bentuk (shape) daun yang dibuat miring sebesar 450 yang

menyebabkan kombinasi antara aliran radial dan aksial akan terbentuk. Jenis pengaduk ini

berguna dalam suspensi padatan karena aliran langsung ke bawah dan akan menyapu padatan ke

atas.

Pengaduk yang memiliki waktu pencampuran minimum untuk warna sekunder adalah

pitch blade propeller. Hal ini disebabkan jenis aliran yang dihasilkan oleh pitch blade tergolong

pada aliran aksial, sehingga pengaduk ini paling baik digunakan untuk pencampuran.



Untuk posisi pengaduk dilakukan 2 jenis posisi, yaitu: pada posisi center dan juga posisi

incline. Proses pencampuran dan pengadukan pada umumnya dilakukan dengan menggunakan

posisi pengaduk center agar konsentrasi dari campuran dapat merata. Pada tangki dengan

pengaduk yang berputar di tengah terdapat energi sentrifugal yang bekerja pada fluida yang

meningkatkan ketinggian fluida pada dinding dan memperendah ketinggian fluida pada pusat

putaran atau yang biasa dikenal dengan istilah vortex/ pusaran, dimana pusaran ini akan

bertambah besa rseiring dengan peningkatan kecepatan putaran pengaduk tsb. Berikut ini

merupakan gambar posisi pengaduk center dan incline:

Gambar posisi pengaduk incline dan center

Pada dispersi gas-cair dengan adanya pusaran tsb dapat menghambat proses dispersi gas

ke cairan dikarenakan adanya dispersi udara. Adapun upaya yang dapat dilakukan untuk

mengatasi masalah tersebut yakni mengubah posisi sumbu pengaduk yaitu dengan posisi incline

atau offcentre. Tapi dalam pecobaan ini, yakni hanya dengan merubah posisi pengaduk menjadi

ke arah incline/posisi sumbu berada di arah diagonal. Untuk tiap jenis pengaduk dilakukan

percobaan dalam berbagai posisi, sehingga dapat diketahui perbedaan kecepatan putar untuk

ketiganya dalam tegangan dan arus yang relatif sama.

b. Analisa Grafik dan Data Hasil Pengamatan

Pada bab III terdapat grafik hasil percobaan yang menunjukkan hubungan antara

kecepatan putaran, waktu pencampuran, dan daya yang dibutuhkan. Pada grafik terbentuk 2 buah

garis yaitu perpotongan antara grafik kecepatan putaran terhadap waktu pencampuran dan

kecepatan putaran terhadap daya yang dibutuhkan. Kedua perpotongan tersebut menunjukkan

bahwa terdapatnya hubungan yang kuat antara waktu pencampuran (lama waktu yang



dibutuhkan untuk tercampur sempurna) dan kecepatan putaran dengan kebutuhan daya dalam

berbagai kondisi proses pengadukan maupun pencampuran.

Berdasarkan data yang didapatkan (pada bagian data pengamatan) terlihat bahwa semakin

besar daya yang dikeluarkan maka kecepatan putaran pengaduk (rpm) juga akan semakin besar

(berbanding lurus), hal ini dikarenakan jika semakin besar daya yang masuk ke motor akan

menghasilkan energi putaran yang semakin besar pula sampai batas maksimum motor.

Padabagian analisa ini, jika dilihat dari data hasil pengamatan dan grafik yang terbentuk,

terlihat bahwa jika kita menggunakan pengaduk turbin, maka waktu pencampurannya akan lebih

cepat dibandingkan dengan jika kita menggunakan pengaduk pitch blade propeller. Selain itu

juga semakin besar tegangan yang digunakan, maka akan semakin besar pula daya yang

dibutuhkan untuk proses pengadukan yang mengakibatkan proses pengadukan berlangsung lebih

cepat dibandingkan dengan pengadukan menggunakan tegangan yang lebih kecil (dalam

percobaan ini yaitu sebesar 6 volt). Sedangkan untuk posisi pengadukan, pada posisi pengaduk

lurus (center) maka waktu pengadukan akan lebih cepat dibandingkan dengan posisi pengaduk

miring.

c. Analisa Kesalahan

Secara keseluruhan, percobaan yang dilakukan sudah sesuai dengan prosedur pada modul,

maupun seperti yang diinstruksikan oleh asisten, sehingga hasil yang didapat pada praktikum

kali ini sudah dapat merepresentasikan besaran kebutuhan daya untuk variasi posisi sumbu dan

jenis pengaduk yang digunakan.

Kesalahan – kesalahan yang dilakukan oleh praktikan antara lain :

Tidak mengetahui pasti derajat kemiringan yang akurat untuk posisi sumbu incline. Sehingga

kemiringan yang dipakai hanya berdasarkan perkiraan kemiringan praktikan saja. Selain itu,

kemungkinan besar kemiringan sumbu tidak sama persis antara posisi sumbu yang satu

dengan yang lainnya.

Kondisi voltmeter yang sangat sensitif, sehingga sulit untuk mendapatkan nilai tegangan

persis seperti yang diinginkan.

Tidak cermat dalam menimbang massa dari cat minyak sesuai dengan prosedur sehinggaa

pada prosedur terakhir massa yang digunakan < 12 gram. Hal ini mengakibatkan nilai – nilai



yang dihitung ketika proses mixing berlangsung, yaitu volt, ampere, waktu dan rpm berbeda

dari yang lainnya.



BAB V

KESIMPULAN

Pencampuran adalah suatu proses yang dilakukan untuk mencampurkan komponen-

komponen dalam suatu campuran yang tadinya berbeda fasa, sehingga tercapai keadaan

yang homogen.

Proses pencampuran dipengaruhi terutama oleh faktor kecepatan aliran, daya aliran, jenis

pengaduk, dan jenis campuran.

Proses pencampuran yang optimum adalah proses dimana waktu yang dibutuhkan untuk

mecapai keadaan homogen adalah minumum dengan daya yang dibutuhkan juga

minimum.

Pengaduk yang paling cocok dalam percobaan ini adalah pengaduk jenis open radial

blade impeller yang sangat cocok dalam mencampurkan campuran dengan viskositas

rendah, serta dispersi gas-gas dan cairan-cairan.

Umumnya pencampuran warna sekunder akan membutuhkan waktu dan daya yang lebih

besar, namun tidak berlaku untuk blade jenis pitch blade propeller karena pengaduk jenis

ini lebih efektif pada keadaan saat pencampuran warna sekunder dimana terdapat lebih

banyak zat padat sehingga viskositas campuran meningkat.



DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 1989 Buku Petunjuk Praktikum Proses dan Operasi Teknik I. Departemen Teknik Gas

dan Petrokimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia.

Mc Cabe, W.L., Unit Operation of Chemical Engineering, 3rd Edition, McGraw-Hill.

mixing isi jadi

Documents