PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA

SEDIMENTASI

I. TUJUAN

1. Memperoleh ketinggian awal, dan ketinggian endapan setiap 5 detik

sampai diperoleh ketinggian konstan untuk masing-masing bahan pada

variabel-variabel konsentrasi.

2. Plot grafik data waktu t (detik) sebagai absis dan ketinggian endapan Z

(cm) sebagai ordinat untuk:

a) Menganalisis pengaruh konsentrasi pada masing-masing bahan.

b) Menganalisis pengaruh perbedaan jenis partikel/bahan pada masing-

masing konsentrasi.

c) Menganalisis pengaruh perbedaan ukuran partikel pada masing-

masing bahan dengan konsentrasi masing-masing.

3. Menentukan settling velocity (vs) pada masing-masing jenis bahan untuk

masing-masing konsentrasi berdasarkan grafik-grafik tersebut.

II. DASAR TEORI

Sedimentasi merupakan proses pemisahan larutan suspensi menjadi

fluida jernih (supernatant) dan slurry yang mengandung padatan lebih

tinggi. Larutan suspensi terdiri dari campuran fase cair dan fase padat yang

bersifat settleable (dapat diendapkan karena perbedaan densitas antara

fasenya). (Tivany Silvia,dkk, 2013)

Ketika sebuah partikel yang berjarak dekat dari dinding dan dari

partikel lainnya, kemudian ada sesuatu yang jatuh dari atasnya maka tidak

mempengaruhi, proses ini disebut free settling. Ketika partikel terlalu

penuh dan padat, sehingga proses ini disebut hindered settling. Sedangkan

jika pemisahan sebuah partikel slurry atau suspense berdasarkan

gravitasnya disebut sedimentasi (Geankoplis, 2003).

Untuk pemindahan partikel pejal atau padat dari fluida, ada tiga gaya

yang menggerakkannya yaitu gaya gravitasi kearah bawah, gaya Buoyant

kearah atas dan gaya perlawanan yang arahnya berlawanan dengan

gerakan partikel.Kita akan mempertimbangkan massa dari partikel dengan

kecepatan relative terhadap fluida. Densitas dari partikel solid dan densitas

cairannya.

Gaya Buoyant pada partikel:Fb=mρgρp

=Vp. ρ . g

Gaya gravitasi atau gaya luar dari partikel:Fg=m. g

Gaya dorong pada partikel:Fd=Cd .v2

2ρA

Resultangaya yang terjadi: Fg−Fb−Fd

(Geankoplis, C.J., 2003)

Ketika slurrry dicairkan diendapkan oleh gravitasi menjadi fluida

yang lebih jernih dan slurry dengan konsentrasi yang lebih tinggi, proses

ini disebut sedimentasi atau terkadang disebut juga thickening. Uji secara

batch dilakukan untuk menggambarkan mekanisme pengendapan dan

metode penentuan kecepatan pengendapan.Pada awal sedimentasi batch,

konsentrasi padatan sepanjang silinder uniform. Segera setelah proses

mulai, seluruh partikel suspensi solid jatuh bebas melalui fluida pada

kecepatan maksimumnya dibawah, kondisi hindered settling yang ada.

Partikel-partikel padat jatuh bebas pada kecepatan yang sama dan

membentuk garis pembatas tajam antara cairan jernih supernatant dan

zona suspensi serta slurry. Didalam slurry yang mengandung partikel-

partikel ukuran berbeda, partikel-partikel yang lebih besar akan

mengendap lebih cepat dan mulai menumpuk, dimana zona D dan zona

transisi C yang mengandung padatan yang bervariasi antara konsentrasi

zona B dan zona D mulai nampak. Setelah pengendapan lebih jauh atau

pada kondisi kecepatan pengendapan kompresinya, zona B dan zona C

tidak nampak tetapi hanya terdapat slurry pekat pada zona D (Geankoplis,

C.J., 2003).

Gambar II.1 Sedimentasi batch: (a) original uniform suspension, (b)

zones of settling after agiven time, (c) compression of zone D after zones

and C disappear, (d) clear liquid interface height z versus time of settling.

(Geankoplis, C.J., 2003).

Kecepatan pengendapan dapat ditentukan dengan mengamati tinggi

interface (antarfase) sebagai fungsi waktu yang diberikan dan

menggambarkan tangen pada kurva yang diperoleh dari :

Slope –dz/dt=V1

Pada point ini, tinggi z1 dan z i adalah intercept tangen pada kurva

tersebut. Kecepatan pengendapan (sedimentation rate) :

v1=z i−z1

t1−0

Keterangan:

V1 : Kecepatan pengendapan (cm/menit)

z i: Tinggi interface 1(cm)

z1: Tinggi interface 2 (cm)

t1 : Waktu pengendapan (menit)

(Tivany Silvia,dkk, 2013)

Pada proses sedimentasi terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi

proses sedimentasi diantaranya adalah kosentrasi. Semakin besarnya

konsentrasi, gaya gesek yang dialami partikel karena partikel lain semakin

besar sehingga drag force-nya pun semakin besar. Hal ini disebabkan

karena dengan semakin besarnya konsentrasi berarti semakin banyak

jumlah partikel dalam suatu suspensi yang menyebabkan bertambah gaya

gesek antara suatu partikel dengan partikel yang lain. Drag force atau gaya

seret ini bekerja pada arah yang berlawanan dengan gerakan partikel dalam

fluida. Dalam hal ini gaya drag ke atas dan gerakan partikel ke bawah.

Gaya seret ini disebabkan oleh adanya transfer momentum yang arahnya

tegak lurus permukaan partikel dalam bentuk gesekan. Maka dengan

adanya drag force yang arahnya berlawanan dengan arah partikel ini akan

menyebabkannya total untuk mengendapkan partikel gerakan partikel

menjadi lambat karena semakin kecilnya gaya total ke bawah sehingga

kecepatan pengendapan semakin turun.(Tivany Silvia,dkk, 2013

III. ALAT DAN BAHAN

A. ALAT

1. Gelas ukur 100 ml

2. Sieve 150 mesh

3. Spatula

4. Gelas arloji

5. Timbangan analitik

6. Baskom

B. Bahan

Dengan variabel konsestrasi 15 gr/100 ml dan 17 gr/100 ml

1. Pasir A (Dengan ukuran < 150 mesh)

2. Pasir B (Dengan ukuran >150 mesh)

3. Bentonit

Pasir

Pasir A < 150 mesh Pasir B > 150 mesh

Di screening 150 mesh

Diukur beratnya

Konsentrasi 15 g/ml

Konsentrasi 17 g/ml

Konsentrasi 15 g/ml

Konsentrasi 17 g/ml

Dikocok kemudian diendapkan

Dikocok kemudian diendapkan

Dikocok kemudian diendapkan

Dikocok kemudian diendapkan

Bentonit

Konsentrasi 15 g/ml Konsentrasi 17g/ml

Dikocok kemudian diendapkan

Dikocok kemudian diendapkan

Diukur beratnya

IV. SKEMA KERJA

Gambar IV.2 Skema kerja sedimentasi pasir

Gambar IV.3 Skema kerja sedimentasi bentonit

V. DATA PENGAMATAN

Tabel V.1.Data Pengamatan ketinggian awal masing-masing bahan

Tabel V.2. Data pengamatan densitas masing-masing bahan

Tabel V.3.Data Pengamatan Sedimentasi Pasir < 150 mesh

Waktu (s)

Pasir A < 150 mesh 15 gram

Pasir A < 150 mesh 17 gram

Tinggi pengendapan (cm)

Tinggi pengendapan (cm)

051015202530354045505560657075

00,60,91

1,21,31,41,51,61,61,61,81,81,91,92

01

1,41,61,71,92

2,12,12,22,32,42,42,42,52,5

Bahan Ketinggian (cm)

Pasir A < 150 mesh 15 gramPasir A < 150 mesh 17 gramPasir B > 150 mesh 15 gramPasir B > 150 mesh 17 gramBentonit 15 gramBentonit 17 gram

2,232

2,22,83,5

Bahan Densitas (gr/ml)

Pasir A < 150 mesh 15 gramPasir A < 150 mesh 17 gramPasir B > 150 mesh 15 gramPasir B > 150 mesh 17 gramBentonit 15 gramBentonit 17 gram

2,52,422,52,831,8751,7

80859095100105110115120125130135140145150155160165170175180185190200205210215220

22

2,12,22,22,32,32,42,52,52,62,62,72,72,72,72,72,72,72,82,82,82,82,82,82,82,82,8

2,62,62,62,72,72,72,82,82,82,82,92,92,92,92,92,92,92,92,92,92,92,9

Tabel V.4. Data pengamatan sedimentasi pasir > 150 mesh

Pasir B > 150 mesh 15 gram

Pasir B > 150 mesh 17 gram

Waktu (s)

Tinggiendapan (cm) Tinggi endapan (cm)

051015202530354045505560

01,91,92222222222

2,32,42,42,42,42,42,42,42,42,42,42,42,4

Tabel V.3 Data pengamatan sedimentasi bentonit

Bentonit 15 gram Bentonit 17 gramWaktu (s) Tinggi endapan (cm) Tinggi endapan (cm)051015202530354045505560657075808590

00,40,711,21,41,722,12,22,32,42,52,52,62,62,62,6

00,30,711,21,51,722,12,12,22,52,62,72,82,82,82,82,8

VI. PEBAHASAN

Pada praktikum sedimentasi bahan yang digunakan mempunyai variabel

yang berbeda yaitu pasir A < 150 mesh, pasir B > 150 mesh, dan bentonit

masing-masing seberat 15 gram dan 17 gram. Pengukuran densitas bahan

dengan penambahan air hingga seluruh permukaan bahan terkena

air.Penambahan air dilakukan untuk mengisi ruang kosong yang terdapat

didalam bahan, sehingga volume ruang kosong dapat dihitung untuk

mencari volume masing-masing bahan karena partikel pasir maupun

bentonit berupa serbuk, maka bentuk patikel ketika saling berhubungan

akan membentuk ruang kosong. Maka didapatkan volume masing-masing

bahan. Dari pengukuran massa dan volume maka dapat diketahui densitas

dari masing-masing bahan ditunjukkan padatabel V.2.

Pengukuran data dilakukan dengan mengukur pertambahan

ketinggian endapan (zona suspensi), sehingga setiap penambahan waktu

yang terjadi, ketinggian endapan semakin bertambah. Jadi slope pada

kurva menjadi positif, tetapi nilai slope sebanding dengan kurva yang

diukur dari ketinggian zona suspensi.

0 25 50 75 100 125 1500

0.5

1

1.5

2

2.5

f(x) = 0.0247657342657343 xf(x) = 0.0211625874125874 x

15 gramLinear (15 gram)17 gramLinear (17 gram)

Pasir A

Waktu

Ket

ingg

ian

Gambar VI.4. Grafik hubungan antara tinggi vs waktu pada pasir A < 150

mesh

Gelas ukur 100 ml yang berisi air dan pasir dikocok beberapa saat lalu

diletakkan dan amati perubahan pasir yang mulai menurun dan akhirnya

akan mengendap. Ukuran partikel pasir yang kecil akan sulit mengamati

endapan yang terjadi. Grafik diatas dapat diketahui bahwa semakin

bertambahnya waktu semakin bertambah pula ketinggian endapan. Dari

grafik pada Gambar VI.4. menunjukkan bahwa slope grafik merupakan

kecepatan sedimentasi dari partikel tersebut. Partikel pasir<150 mesh

dengan konsentrasi 15gr/100 ml air mempunyai kecepatan sedimentasi

0,0207 cm/det, sedangkan kecepatan sedimentasi pada partikel pasir<150

mesh konsentrasi 17gr/100 ml air adalah 0,0241 cm/det. Jadi, pasir<150

mesh dengan konsentrasi yang lebih besar mempunyai kecepatan

sedimentasi yang lebih tinggi dikarenakan terlalu banyaknya partikel pasir

sehingga terjadi flokulasi antar partikel pasir yang mengakumulasi

kecepatan masing-masing partikel akibat dari saling bertabrakannya antar

partikel. Kecepatan sedimentasi dapat bertambah dengan adanya flokulan.

Efek flokulasi yang menyeluruh adalah menciptakan penggabungan

partikel-partikel halus menjadi partikel yang lebih besar sehingga dengan

mudah dapat diendapkan. Penggabungan antara partikel-partikel yang

dapat terjadi apabila ada kontak antara partikel tersebut. Kontak yang

disebabkan oleh :

1. gerak Brown (gerak acak partikel koloid dalam medium

pendispersi)

2. Kontak yang disebabkan atau dihasilkan oleh gerakan cairan itu

sendiri akibat adanya pengadukan.

Kontak yang dihasilkan dari partikel yang mengendap yaitu dengan

adanya tumbukan antara partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan

lebih besar dengan partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan lebih

kecil.

0 5 10 15 20 25 30 350

0.5

1

1.5

2

2.5f(x) = 0.0592698778076194 ln(x) + 2.22785800147115f(x) = 0.130545454545455 xf(x) = 0.0916483516483517 x

15 gramLinear (15 gram)17 gramLogarithmic (17 gram)Linear (17 gram)

Pasir B

Ket

ingg

ian

Gambar VI.5 Grafik hubungan antara tinggi dan waktu pada pasir B > 150

mesh

Waktu

Pada grafik diatas merupakan pasir B yang berukuran > 150 mesh. Pasir

tersebut memiliki ukuran partikel yang lebih besar sehingga mudah

mengendap dan diamati pergerakan partikelnya. Hasil grafik menunjukkan

bahwa pasir B>150 dengan konsentrasi 15 gr/100ml mempunyai

kecepatan sedimentasi 0,0916 cm/det sedangkan pada konsentrasi 17

gr/100ml memiliki kecepatan sedimentasi 0,1305 cm/det. Maka dari grafik

VI.5dapat disimpulkan bahwa pasir B>150 mesh dengan konsentrasi lebih

besar mempunyai kecepatan sedimentasi yang lebih tinggi dikarenakan

terlalu banyaknya partikel pasir sehingga terjadi flokulasi antar partikel

pasir yang mengakumulasi kecepatan masing-masing partikel akibat dari

saling bertabrakannya antar partikel. Kecepatan sedimentasi dapat

bertambah dengan adanya flokulan. Efek flokulasi yang menyeluruh

adalah menciptakan penggabungan partikel-partikel halus menjadi partikel

yang lebih besar sehingga dengan mudah dapat diendapkan.

Penggabungan antara partikel-partikel yang dapat terjadi apabila ada

kontak antara partikel tersebut. Kontak yang disebabkan oleh :

1. Gerak Brown (gerak acak partikel koloid dalam medium

pendispersi)

2. Kontak yang disebabkan atau dihasilkan oleh gerakan cairan itu

sendiri akibat adanya pengadukan.

Kontak yang dihasilkan dari partikel yang mengendap yaitu dengan

adanya tumbukan antara partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan

lebih besar dengan partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan lebih

kecil.

-10 15 40 65 900

0.5

1

1.5

2

2.5

3f(x) = 0.0410420168067227 x

f(x) = NaN x

15 gramLinear (15 gram)17 gramLinear (17 gram)

Bentonit

Waktu

Ket

ingg

ian

Gambar VI.6 Grafik hubungan antara tinggi dan waktu pada bentonit

Bentonit termasuk bahan yang memiliki ukuran partikel yang sangat kecil

sehingga jika dicampur dengan air akan mudah berkeruh dan

mempengaruhi hasil pengamatan. Pada grafik VI.5 menunjukkan pada

bentonit 15 gr/100 ml memiliki kecepatan sedimentasi 0,0393cm/det dan

bentonit dengan konsentrasi 17 gr/100 ml memiliki kecepatan sedimentasi

0,041 cm/det. Jadi, pada bentonit dengan konsentrasi yang lebih besar

didapatkan kecepatan sedimentasi yang tinggi dikarenakan terlalu

banyaknya partikel pasir sehingga terjadi flokulasi antar partikel pasir

yang mengakumulasi kecepatan masing-masing partikel akibat dari saling

bertabrakannya antar partikel. Kecepatan sedimentasi dapat bertambah

dengan adanya flokulan. Efek flokulasi yang menyeluruh adalah

menciptakan penggabungan partikel-partikel halus menjadi partikel yang

lebih besar sehingga dengan mudah dapat diendapkan. Penggabungan

antara partikel-partikel yang dapat terjadi apabila ada kontak antara

partikel tersebut. Kontak yang disebabkan oleh :

1. Gerak Brown (gerak acak partikel koloid dalam medium

pendispersi)

2. Kontak yang disebabkan atau dihasilkan oleh gerakan cairan itu

sendiri akibat adanya pengadukan.

Kontak yang dihasilkan dari partikel yang mengendap yaitu dengan

adanya tumbukan antara partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan

lebih besar dengan partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan lebih

kecil.

VII. KESIMPULAN DAN SARAN

A. KESIMPULAN

1. Ketinggian awal masing-masing bahan yang didapatkan yaitu pasir

A < 150 mesh 15 gram 2,2 cm sedangkan 17 gram 3 cm,

ketinggian awal pasir B > 150 mesh 15 gram 2 cm sedangkan pada

17 gram 2,2 cm, ketinggian awal bentonit 15 gram 2,8 cm

sedangkan pada 17 gram 3,5 cm.

2. Konsentrasi partikel 17gr/100ml air mempunyai kecepatan

sedimentasi yang lebih cepat dari konsentrasi partikel 15gr/100ml

air. Karena semakin besar konsentrasi maka kecepatan

pengendapannya semakin cepat.

3. Massa jenis pasir > 150 mesh lebih besar dari ketiganya, maka

kecepatan pengendapannya juga paling cepat. Karena semakin

besar densitas partikel maka gaya bouyant semakin kecil sehingga

resultan gaya gravitasi menjadi semakin besar dan mempercepat

kecepatan sedimentasi.

B. SARAN

1. Amati dengan teliti ketinggian endapan setiap waktu

2. Pada waktu penghomogenan campuran, usahakan tidak ada cairan

yang tumpah.

VIII. DAFTAR PUSTAKA

Geankoplis, C.J. 2003. Transport Processes and Separation Process Principles.

New Jesey : Prentice Hall

Silvia Tivany, dkk. 2013. Studi Pengaruh Konsentrasi CaCO3 Terhadap

Kecepatan Institut sepuluh November : Surabaya

Mc. Cabe. 1985. Unit Operations of Chemical Engineering. New York : Mc Graw-Hi ’s.

Lampiran

Volume pasir A<150 mesh 15 gram:

m = 15 gram

Vs = 6 ml

⍴=mV

=15 gram6ml

=2,5 gr /ml

Volume pasir A<150 mesh 17 gram:

m = 17 gram

Vs = 7 ml

⍴=mV

=17 gram7 ml

=2,42 gr /ml

Volume pasir B>150 mesh 15 gram:

m = 15 gram

Vs = 6 ml

⍴=mV

=15 gram6ml

=2,5 gr /ml

Volume pasir B>150 mesh 17 gram:

m = 17 gram

Vs = 6 ml

⍴=mV

=17 gram6 ml

=2,83 gr /ml

Volume Bentonit 15 gram:

m = 15 gram

Vs = 8 ml

⍴=mV

=15 gr am8 ml

=1,875 gr /ml

Volume Bentonit 17 gram:

m = 17 gram

Vs = 10 ml

⍴=mV

=17 gram10 ml

=1,7 gr /ml