tdk-tangki-berpengaduk.pdf

7/28/2019 tdk-tangki-berpengaduk.pdf

1/34

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

Departemen Teknik Kimia ITB

-1/34-

MODUL 1.09 Tangki Berpengaduk

I. Pendahuluan

Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan di dalam bahan

yang diaduk. Tujuan operasi pengadukan yang utama adalah terjadinya pencampuran.

Pencampuran merupakan operasi yang bertujuan mengurangi ketidaksamaan kondisi,

suhu, atau sifat lain yang terdapat dalam suatu bahan. Pencampuran dapat terjadi dengan

cara menimbulkan gerak di dalam bahan itu yang menyebabkan bagian-bagian bahan

saling bergerak satu terhadap yang lainnya, sehingga operasi pengadukan hanyalah salah

satu cara untuk operasi pencampuran. Pencampuran fasa cair merupakan hal yang cukuppenting dalam berbagai proses kimia. Pencampuran fasa cair dapat dibagi dalam dua

kelompok. Pertama, pencampuran antara cairan yang saling tercampur (miscible), dan

kedua adalah pencampuran antara cairan yang tidak tercampur atau tercampur sebagian

(immiscible). Selain pencampuran fasa cair dikenal pula operasi pencampuran fasa cair

yang pekat seperti lelehan, pasta, dan sebagainya; pencampuran fasa padat seperti bubuk

kering, pencampuran fasa gas, dan pencampuran antar fasa.

Pada percobaan yang akan dilakukan pada Laboratorium Teknologi Kimia I ini

proses pengadukan yang diteliti adalah pengadukan cairan dalam tangki, sehingga perlu

dibahas proses pencampuran fasa cair. Sebagai bahan petimbangan untuk mengkaji lebih

jauh proses pengadukan dan pencampuran, sebaiknya praktikan juga mempelajari dan

membandingkan sifat dan karakteristik, fluida cair terhadap fluida viscous lainnya seperti

lelehan, pasta, slurry. Sifat fisik dan viskositas ini sangat mempengaruhi karakter

pencampuran seperti daya pengadukan, waktu pencampuran, tipe pengaduk yang sesuai

dan sebagainya.

Praktikum ini diarahkan pada kajian hidrodinamika tangki berpengaduk dengan

draft tube. Aspek-aspek yang perlu diperhatikan dalam kajian hidrodinamika tangki

berpengaduk dengan draft tube ini adalah sebagai berikut.

1. Sifat fisik fluida meliputi densitas dan viskositas.

2. Jenis dan ukuran pengaduk.

3. Daya pengaduk.

4. Nisbah cair-padat.


2/34



Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 2 dari 34

II. Tujuan

Praktikum ini dilakukan agar praktikan mempelajari proses pencampuran dalam

fluida yang diselenggarakan di dalam sistem tangki berpengaduk, serta mengidentifikasi

faktor-faktor yang mempengaruhi efektivitas pencampuran.

III. Sasaran

Sasaran praktikum modul Tangki Berpengaduk adalah:

1. Praktikan dapat menurunkan korelasi waktu pencampuran

2. Praktikan mampu menurunkan korelasi kebutuhan daya pengadukan melalui analisa

bilangan tidak berdimensi

3. Praktikan mampu melaksanakan observasi visual pola aliran dan memberikan analisa

terhadap pola aliran.

IV. Tinjauan Pustaka

IV.1 Proses Pencampuran

Proses pencampuran dalam fasa cair dilandasi oleh mekanisme perpindahan

mementum 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

daripada pencampuran dalam medan aliran laminer.Sifat fisik fluida yang berpengaruh

pada proses pengadukan adalah densitas dan viskositas.


3/34




IV.2 Densitas Fluida

Densitas fluida merupakan hubungan antara massa fluida dan volume yangditempatinya. Hubungan ini ditunjukkan oleh persamaan di bawah ini:

V

m = (1)

dengan = densitas fluida

m = massa fluida

V = volume fluida

Volume larutan dipengaruhi oleh komposisi dan temperatur. Sehingga densitas

larutan secara tidak langsung juga dipengaruhi oleh komposisi dan temperatur. Volume

larutan dapat diprediksi dengan menggunakan persamaan berikut.

BBAAsol VnVnV += (2)

dengan Vsol = volume larutan

AV = volume molar komponen A

BV = volume molar komponen B

An = jumlah mol komponen A

Bn = jumlah mol komponen B

Hubungan antara volume molar dengan konsentrasi untuk tiap larutan dapat

dinyatakan dalam bentuk grafik. Untuk larutan ideal, kurva yang dihasilkan berbentuk

garis lurus. Lain halnya dengan larutan tidak ideal, kurva hubungan volume molar dan

konsentrasi tidak linier.

IV.3 Viskositas Fluida

Viskositas fluida merupakan indeks kelembaman cairan terhadap perubahan

kecepatan. Viskositas larutan dipengaruhi oleh konsentrasi dan temperatur.

Hubungan antar konsentrasi dengan hubungan dapat digambarkan dalam suatu

grafik. Grafik tersebut spesifik untuk masing-masing larutan. Hubungan viskositas

dengan konsentrasi larutan NaOH [Hatschek, 1928], ditunjukkan pada gambar berikut.


4/34




Gambar 1 Hubungan viskositas dengan konsentrasi larutan NaOH pada 18 oC

Viskositas semua cairan dan larutan akan turun seiring dengan kenaikan

temperatur. Analisis kuantitatif pertama kali mengenai hal ini dilakukan oleh Poiseuille.

Dia menemukan bahwa viskositas air pada temperatur tertentu dapat dihubungkan dengan

viskositas pada 0oC melalui persamaan empiris:

2

0

TT1

++= (3)

dengan , = konstanta Thrope dan Roger

= viskositas cairan pada temperatur T

o = viskositas air pada temperatur 0oC

IV.4 Tangki Berpengaduk

Pengadukan dan pencampuran merupakan operasi yang penting dalam industri

kimia. Pencampuran (mixing) merupakan proses yang dilakukan untuk mengurangi

ketidakseragaman suatu sistem seperti konsentrasi, viskositas, temperatur dan lain-lain.

Pencampuran dilakukan dengan mendistribusikan secara acak dua fasa atau lebih yang

mula-mula heterogen sehingga menjadi campuran homogen.

Peralatan proses pencampuran merupakan hal yang sangat penting, tidak hanya

menentukan derajat homogenitas yang dapat dicapai, tapi juga mempengaruhi

perpindahan panas yang terjadi. Penggunaan peralatan yang tidak tepat dapat

menyebabkan konsumsi energi berlebihan dan merusak produk yang dihasilkan. Salah

satu peralatan yang menunjang keberhasilan pencampuran ialah pengaduk.


5/34




Hal yang penting dari tangki pengaduk dalam penggunaannya antara lain:

1. Bentuk : pada umumnya digunakan bentuk silindris dan bagian bawahnya cekung

2. Ukuran: yaitu diameter dan tinggi tangki3. Kelengkapannya:

a. ada tidaknya baffle, yang berpengaruh pada pola aliran di dalam tangki

b. jacketatau coilpendingin/pemanas yang berfungsi sebagai pengendali suhu

c. letak lubang pemasukan dan pengeluaran untuk proses kontinu

d. kelengkapan lainnya seperti tutup tangki, dan sebagainya.

Skema lengkap dari sebuah tangki berpengaduk sederhana ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2 Sketsa dan dimensi tangki pengaduk sederhana

IV.5 Jenis Pengaduk

Pengaduk dalam tangki memiliki fungsi sebagai pompa yang menghasilkan laju

volumetrik tertentu pada tiap kecepatan putaran dan input daya. Input daya dipengaruhi

oleh geometri peralatan dan fluida yang digunakan. Profil aliran dan derajat turbulensi

merupakan aspek penting yang mempengaruhi kualitas pencampuran.

Rancangan pengaduk sangat dipengaruhi oleh jenis aliran, laminar atau turbulen.

Aliran laminar biasanya membutuhkan pengaduk yang ukurannya hampir sebesar tangki

itu sendiri. Hal ini disebabkan karena aliran laminar tidak memindahkan momentum

sebaik aliran turbulen [Walas, 1988].

Pencampuran di dalam tangki pengaduk terjadi larena adanya gerak rotasi dari

pengaduk dalam fluida. Gerak pengaduk ini memotong fluida tersebut dan dapat


6/34




menimbulkan arus eddy yang bergerak keseluruhan sistem fluida tersebut. Oleh sebab itu,

pengaduk merupakan bagian yang paling penting dalam suatu operasi pencampuran fasa

cair dengan tangki pengaduk.Pencampuran yang baik akan diperoleh bila diperhatikan bentuk dan dimensi

pengaduk yang digunakan, karena akan mempengaruhi keefektifan proses pencampuran,

serta daya yang diperlukan.

Menurut aliran yang dihasilkan, pengaduk dapat dibagi menjadi tiga golongan:

1. Pengaduk aliran aksial yang akan menimbulkan aliran yang sejajar dengan sumbu

putaran

2. Pengaduk aliran radial yang akan menimbulkan aliran yang berarah tangensial dan

radial terhadap bidang rotasi pengaduk. Komponen aliran tangensial menyebabkan

timbulnya vortex dan terjadinya pusaran, dan dapat dihilangkan dengan pemasangan

baffle atau cruciform baffle

3. Pengaduk aliran campuran yang merupakan gabungan dari kedua jenis pengaduk di

atas.

Menurut bentuknya, pengaduk dapat dibagi menjadi 3 golongan:

1. PropellerKelompok ini biasa digunakan untuk kecepatan pengadukan tinggi dengan

arah aliran aksial. Pengaduk ini dapat digunakan untuk cairan yang memiliki

viskositas rendah dan tidak bergantung pada ukuran serta bentuk tangki. Kapasitas

sirkulasi yang dihasilkan besar dan sensitif terhadap beban head.

Dalam perancangan propeller, luas sudu biasa dinyatakan dalam

perbandingan luas area yang terbentuk dengan luas daerah disk. Nilai nisbah ini

berada pada rentang 0.45 sampai dengan 0.55.

Pengaduk propeler terutama menimbulkan aliran arah aksial, arus aliran

meninggalkan pengaduk secara kontinu melewati fluida ke satu arah tertentu

sampai dibelokkan oleh dinding atau dasar tangki.

2. TurbineIstilah turbine ini diberikan bagi berbagai macam jenis pengaduk tanpa

memandang rancangan, arah discharge ataupun karakteristik aliran. Turbine

merupakan pengaduk dengan sudu tegak datar dan bersudut konstan. Pengaduk

jenis ini digunakan pada viskositas fluida rendah seperti halnya pengaduk jenis

propeller[Uhl & Gray, 1966]. Pengaduk turbin menimbulkan aliran arah radial dan


7/34




tengensial. Di sekitar turbin terjadi daerah turbulensi yang kuat, arus dan geseran

yang kuat antar fluida.

Salah satu jenis pengadukturbine adalahpitched blade. Pengaduk jenis inimemiliki sudut sudu konstan. Aliran terjadi pada arah aksial, meski demikian

terdapat pule aliran pada arah radial. Aliran ini akan mendominasi jika sudu berada

dekat dengan dasar tangki.

3. PaddlesPengaduk jenis ini sering memegang peranan penting pada proses

pencampuran dalam industri. Bentuk pengaduk ini memiliki minimum 2 sudu,

horizontal atau vertical, dengan nilai D/T yang tinggi. Paddle digunakan pada

aliran fluida laminar, transisi atau turbulen tanpa baffle.

Pengaduk padel menimbulkan aliran arah radial dan tangensial dan hampir

tannpa gerak vertikal sama sekali. Arus yang bergerak ke arah horisontal setelah

mencapai dinding akan dibelokkan ke atas atau ke bawah. Bila digunakan pada

kecepatan tinggi akan terjadi pusaran saja tanpa terjadi agitasi.

Gambar 3 Bentuk-bentuk pengaduk

(a) pengadukpaddle (b) pengadukpropeller (c) pengadukturbine

Disamping itu, masih ada bentuk-bentuk pengaduk lain yang biasanya

merupakan modifikasi dari ketiga bentuk di atas.

a. Flate Blade

b. Curved Blade

c. Pitched Blade

Gambar 4 Tipe-tipe pengaduk jenis turbin


8/34




a. Standard three

baldesb. Weedless

c. Guarded

Gambar 5 Tipe-tipe pengaduk jenis propeler

a. Basic

b. Anchor

c. Glassed

Gambar 6 Tipe-tipe pengaduk jenis padel

Gambar 7 Pola aliran pada pengaduk jenis propeler

IV.6 Kecepatan Pengaduk

Kecepatan pengaduk yang umumnya digunakan pada operasi industri kimia

adalah sebagai berikut.

Kecepatan tinggi, berkisar pada kecepatan 1750 rpm.

Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk fluida dengan

viskositas rendah misalnya air.

Kecepatan sedang, berkisar pada kecepatan 1150 rpm.Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk larutan sirup kental

dan minyak pernis.

Kecepatan rendah, berkisar pada kecepatan 400 rpm.

Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk minyak kental,

lumpur di mana terdapat serat atau pada cairan yang dapat menimbulkan busa.


9/34




Untuk menjamin keamanan proses, pengaduk dengan kecepatan lebih tinggi dari

400 rpm sebaiknya tidak digunakan untuk cairan dengan viskositas lebih besar dari 200

cP, atau volume cairan lebih besar dari 2000 L. Pengaduk dengan kecepatan lebih besardari 1150 rpm sebaiknya tidak digunakan untuk cairan dengan viskositas lebih besar dari

50 cP atau volume cairan lebih besar dari 500 L. Kecepatan pengaduk ditentukan oleh

viskositas fluida dan ukuran geometri sistem pengadukan.

IV.7 Jumlah Pengaduk

Jumlah pengaduk yang digunakan ditentukan oleh viskositas fluida, diameter

pengaduk dan kedalaman fluida yang akan diaduk. Jumlah pengaduk yang umumnya

digunakan adalah 1 atau 2 buah pengaduk. Panduan dalam menentukan jumlah pengaduk

yang akan digunakan diperlihatkan pada Tabel 1.

Tabel 1 Kriteria penentuan jumlah pengaduk [Weber, 1963]

Satu Pengaduk Dua Pengaduk

fluida dengan viskositas rendah fluida dengan viskositas sedang dan

tinggi

dapat menyapu dasar tangki untuk tangki yang dalam kecepatan balik aliran tinggi gaya gesek aliran lebih besar ketinggian permukaan cairan

bervariasi

dapat meminimalkan ukuran mountingnozzle

IV.8 Pola Aliran dalam Tangki BerpengadukPada tangki berpengaduk, pola aliran yang dihasilkan bergantung pada beberapa

faktor antara lain geometri tangki, sifat fisik fluida dan jenis pengaduk itu sendiri.

Pengaduk jenis turbine akan cenderung membentuk pola aliran radial sedangkan

propeller cenderung membentuk aliran aksial. Pengaduk jenis helical screw dapat

membentuk aliran aksial dari bawah tangki menuju ke atas permukaan cairan. Pola aliran

yang dihasilkan oleh tiap-tiap pengaduk tersebut dapat dilihat pada Gambar 8.

Gambar 8 Pola aliran fluida di dalam tangki berpengaduk(a)flat-blade turbine (b) marine propeller (c) helical screw


10/34




Pada dasarnya terdapat 3 komponen yang hadir dalam tangki berpengaduk yaitu:

a. komponen radial pada arah tegak lurus terhadap tangkai pengaduk

b. komponen aksial pada arah sejajar (paralel) terhadap tangkai pengadukc. komponen tangensial atau rotasional pada arah melingkar mengikuti putaran

sekitar tangkai pengaduk.

Komponen radial dan tangensial terletak pada daerah horizontal dan komponen

longitudinal pada daerah vertikal untuk kasus tangkai tegak (vertical shaft). Komponen

radial dan longitudinal sangat berguna untuk penentuan pola aliran yang diperlukan untuk

aksi pencampuran (mixing action).

Pengadukan pada kecepatan tinggi ada kalanya mengakibatkan pola aliran

melingkar di sekitar pengaduk. Gerakan melingkar tersebut dinamakan vorteks. Vorteks

dapat terbentuk di sekitar pengaduk ataupun di pusat tangki yang tidak menggunakan

baffle. Fenomena ini tidak diinginkan dalam industri karena beberapa alasan. Pertama

kualitas pencampuran buruk meski fluida berputar dalam tangki. Hal ini disebabkan oleh

kecepatan sudut pengaduk dan fluida sama. Kedua udara dapat masuk dengan mudahnya

ke dalam fluida karena tinggi fluida di pusat tangki jatuh hingga mencapai bagian atas

pengaduk. Ketiga, adanya vorteks akan mengakibatkan naiknya permukaan fluida pada

tepi tangki secara signifikan sehingga fluida tumpah. Upaya berikut ini dapat dilakukan

untuk menghindari vorteks, yaitu:

1. menempatkan tangkai pengaduk lebih ke tepi (off-center)

2. menempatkan tangkai pengaduk dengan posisi miring

3. menambahkan baffle pada dinding tangki.

IV.9 Draft Tube [Deddy, 2001]

Draft tube merupakan silinder ramping yang mengelilingi pengaduk dengan

diameter lebih besar dari diameter pengaduk. Alat ini digunakan untuk mengendalikan

arah dan kecepatan aliran serta sangat berguna untuk menghasilkan nilaishearpengaduk

yang tinggi. Penggunaan draft tube dengan pola aliran down-pumpingmenghasilkan pola

aliran kuat yang akan menyapu semua padatan dan menurunkan tingkat deposisi.

Dengan draft tube diharapkan partikel-partikel fluida mencapaipath length yang

sama. Penggunaan draft tube menghasilkan peningkatan yang sangat signifikan dari

keseragaman aliran, terutama pada daerah dekat permukaan cairan. Tetapi, daya yang

dibutuhkan pada sistem pengadukan dengan draft tube lebih besar daripada sistem open

impeller. Walaupun demikian, jika sistem pengadukan dengan draft tube ternyata


11/34




menghasilkan pencampuran yang lebih baik, maka penggunaan draft tube tetap menjadi

pilihan utama.

Posisi pengaduk dalam draft tube ditentukan oleh jenis pengaduk yangdigunakan. Untuk pengaduk jenis turbine, pengaduk diletakkan di bawah draft tube. Tapi

untuk pengaduk jenis propeller, pengaduk diletakkan di dalam draft tube. Gambar 9

merupakan sketsa sederhana tangki berpengaduk dengan draft tube.

Gambar 9 Tangki berpengaduk dengan draft tube

(a) pengaduk turbine (b) pengaduk propeller

IV.10 Laju dan Waktu Pencampuran (Rate & Time for Mixing)

Waktu pencampuran (mixing time) adalah waktu yang dibutuhkan sehingga

diperoleh keadaan yang serba sama 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 [Coulson andRichardson, 1999].

Pada operasi pencampuran dengan tangki pengaduk, waktu pencampuran ini

dipengaruhi oleh beberapa hal,

1. Yang berkaitan dengan alat, seperti:

a. ada tidalnya 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 terhadap dasar tangki

2. pola pemasangannya:

- center, vertikal

- off center, vertikal

- miring (inciclined) dari atas


12/34




- horisontal

f. jumlah daun pengaduk

g. jumlah pengaduk yang terpasang pada poros pengaduk2. 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)

Untuk selanjutnya faktor-faktor tersebut dapat dijadikan variabel yang dapat

dimanipulasi untuk mengamati pengaruh setiap faktor terhadap karakteristik pengadukan,

terutama terhadap waktu pencampuran.

Beberapa teknik yang dapat digunakan untuk menentukan waktu dan laju

pencampuran, antara lain:

1. menambahkan pewarna dan mengukur waktu yang dibutuhkan untuk mencapai

keseragaman warna

2. menambahkan larutan garam dan mengukur konduktivitas elektrik saat

komposisi seragam

3. menambahkan asam atau basa serta mendeteksi perubahan warna indicator ketika

proses netralisasi sudah selesai

4. metoda distribusi waktu tinggal (residence time distribution) yang diukur dengan

memantau konsentrasi output

5. mengukur temperatur serta waktu yang dibutuhkan untuk mencapai keseragaman.

Waktu pencampuran ditentukan oleh beberapa variable proses dan operasi yang

ditunjukkan oleh hubungan berikut ini.

m = f(, , N, D, g. dimensi geometri sistem)

dengan m = waktu pencampuran

= densitas fluida

= viskositas fluida

N = kecepatan putaran pengaduk

D = diameter pengaduk

g = percepatan gravitasi


13/34




Jika faktor dimensi geometri dan bilangan Froude (DN2/g) diabaikan, maka

hubungan 2.5 dapat disederhanakan menjadi:

( )Re2

fNDfm =

=

(4)

IV. 11 Kebutuhan Daya

Untuk melakukan perhitungan dalam spesifikasi tangki pengaduk telah

dikembangkan berbagai teori dan hubungan empiris. Para peneliti telah mengembangkan

beberapa hubungan empiris yang dapat memperkirakan ukuran alat dalam pemakaian

nyata atas dasar percobaan yang dilakukan pada skala laboratorium.

Perkiraan kebutuhan daya yang diperlukan untuk mengaduk cairan dalam tangki

pengaduk dapat dihitung atas dasar percobaan pada skala laboratorium. Persyaratan

penggunaan hubungan empiris tersebut adalah adanya:

1. Kesamaan geometris yang menentukan kondisi batas peralatan, artinya bentuk kedua

alat harus sama dan perbandingan ukuran-ukuran geometris berikut ini sama untuk

keduanya:

D

H,

D

W,

D

S,

D

J,

D

C,

D

DT(5)

Dimana: DT = diameter tangki

C = tinggi pengaduk dari dasar tangki


H = tinggi cairan dalam tangki

J = lebarbaffle

N = jumlah putaran pengaduk permenit

P = daya (power)

S =pitch dari pengaduk

W = lebarbladepengaduk

b. Kesamaan dinamik dan kesamaan kinematik, yaitu terdapat kesamaan harga

perbandingan antara gaya yang bekerja di suatu kedudukan (gaya viskos terhadap

gaya gravitasi, gaya inersia terhadap gaya viskos, dan sebagainya)


14/34




Dua sistem yang sama secara geometri dapat dikatakan sama secara dinamik jika

perbandingan gaya-gaya yang bekerja pada sistem sama. Sedangkan kesamaan kinematik

terjadi jika kecepatan pada titik bersesuaian memiliki perbandingan yang sama.Faktor yang mempengaruhi kebutuhan daya (power) P untuk pengadukan adalah

diameter pengaduk D, kekentalan cairan, kerapatan cairan, medan gravitasi g, dan laju

putar pengaduk N.

Maka secara matematis dapat ditulis sebagai berikut:

P = f (D ,, , g, N) (6)

Bila dianggap hubungan besaran-besaran tersebut seperti persamaan berikut:

P = K (Da ,b, f, ge, Ng) (7)

dimana K adalah konstanta, dengan analisa dimensi yang menggunakan dimensi M untuk

massa, L untuk panjang, dan T untuk waktu, maka:

gf

3

e

2

b

a

3

2

T

1.

L

M.

T

L.

LT

M.L

T

ML

= (8)

dengan menyelesaikan persamaan tersebut, diperoleh:

-e2

-b2

35 g

DN.

.NDK.

ND

P

= (9)

dimana dari persamaan-persamaan tersebut dikenal bilangan tak berdimensi:

IV.12 Parameter Hidrodinamika dalam Tangki Berpengaduk

Hidrodinamika fluida yang terjadi dalam tangki berpengaduk dapat diturunkan

dalam suatu korelasi empiris antara bilangan Reynolds, Fraude dan Power.

1. Bilangan Reynolds

Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang menyatakan

perbandingan antara gaya inersia dan gaya viskos. Untuk sistem dengan

pengadukan:

( )

ND

NDDRe

2

== (10)

dengan = densitas fluida

= viskositas fluida



15/34




Dalam sistem pengadukan terdapat 3 jenis rejim aliran yaitu laminar,

transisi dan turbulen. Rejim aliran laminar terjadi pada bilangan Reynolds 10,

sedangkan turbulen terjadi pada bilangan Reynolds 10

4

[Broadkey, 1988].2. Bilangan Fraude

Bilangan Fraude menunjukkan perbandingan antara gaya inersia dengan gaya

gravitasi. Bilangan Fraude dapat dihitung dengan persamaan berikut:

( )g

DN

Dg

ND

Dg

vFr

222

=== (11)

dengan Fr = bilangan Fraude



g = percepatan gravitasi

Bilangan Fraude bukan merupakan variable yang signifikan. Bilangan ini

hanya diperhitungkan pada sistem pengadukan unbaffled. Pada sistem ini bentuk

permukaan cairan dalam tangki akan dipengaruhi gravitasi sehingga membentuk

vorteks. Vorteks menunjukkan keseimbangan antara gaya gravitasi dengan gaya

inersia.

3. Bilangan Power

Bilangan Power menunjukkan perbandingan antara perbedaan tekanan

yang dihasilkan aliran dengan gaya inersianya. Perubahan tekanan akibat

distribusi pada permukaan pengaduk dapat diintegrasikan menghasilkan torsi

total dan kecepatan pengaduk.

53DN

PPo = (12)

dengan Po = bilangan Power


= densitas fluida

Korelasi antara bilangan Power dengan Reynold serta Fraude ditunjukkan

pada persamaan-persamaan berikut:

Untuk sistem tanpa baffle :cbaPo PrRe= (13)

Untuk sistem dengan baffle :baPo Re= (14)

dengan Po = bilangan Power


16/34




Re = bilangan Reynold

Pr = bilangan Prandtl

a, b, c = konstanta eksperimentalPersamaan pertama dapat diubah menjadi:

Relnlnln baPo += (15)

Dari hasil peneliti sebelumnya [Deddy, RSCE], hubungan antara Power dan

nisbah cair-padat disajikan pada Gambar 10 sedangkan hubungan antara bilangan

Reynold dan bilangan Power disajikan pada Gambar 11.

Gambar 10 Hubungan antara daya dan nisbah cair-padat

1

10

100

1000

5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

Reynolds number (Re)

Powernumber(Po)

Tanpa TKS L/S = 10 L/S = 8 L/S = 6

Gambar 11 Korelasi bilangan Reynolds dan bilangan Power pengaduk turbin

IV.12 Karakteristik Pengadukan dan Pencampuran

Agar bejana proses bekerja efektif pada setiap masalah pengadukan, volume

fluida yang disirkulasikan impellerharus cukup besar agar dapat menyapu keseluruhan

bejana dalam waktu yang singkat. Demikian pula, kecepatan arus yang meninggalkan


17/34




impellerharus cukup tinggi agar dapat mencapai semua sudut tangki. Keturbulenan aliran

adalah akibat arus yang terarah baik serta gradien kecepatan yang cukup besar di dalam

zat cair. Sirkulasi dan pembangkitan keturbulenan aliran memerlukan energi, dan terdapathubungan antara pemasukan daya dan parameter perancangan bejana pencampur

berpengaduk.

Sketsa dimensi tangki dapat dilihat pada Gambar 12.

Gambar 12. Dimensi Tangki dan Impeller

Agitator turbin pada prinsipnya adalah pompa impeller yang beroperasi tanpa

rumahan, dengan aliran masuk dan aliran keluar yang tidak terarah. Hubungan-hubungan

penentu untuk agitator turbin identik dengan hubungan untuk pompa sentrifugal. Jika

kecepatan tangensial zat cair merupakan fraksi k tertentu dari kecepatan di ujung daun,

maka

.n.Dk.k.uuV' a22 == (16)

karena u2 = . Da.n, maka laju aliran volumetrik melalui impelleradalah:

q = Vr2.Ap (17)

Dimana: u2 adalah kecepatan pada ujung daun

n adalah jumlah daun impeller

Vu2 dan Vr2 adalah kecepatan tangensial dan kecepatan radial zat cair yang

meninggalkan ujung daun impeller

V2 adalah kecepatan total cairan pada titik tersebut

Profil vektor kecepatan pada ujung daun impeller ditunjukkan pada Gambar 13.


18/34




Gambar 13 Profil Kecepatan pada Ujung Daun Impeller

Ap diambil dari luas silinder yang terbentuk dari sapuan ujung daun impeller, atau:

Ap = .Da.W (18)Dimana: Da adalah diameterimpeller

W adalah lebar daun impeller

Dari geometri terlihat bahwa:

Vr2 = (u2 Vu2)tan2 (19)

Substitusi Vu2 memberikan:

Vr2 = . Da. n (1-k). tan2 (20)

Maka laju alir volumeteri adalah:

q = 2.Da2.n.W.(1-k). tan2 (21)

Untukimpellerbergeometri sama W sebanding dengan Da, sehingga untuk nilai k dan 2

berlaku

q n.Da3

(22)

Rasio antara kedua besaran tersebut disebut angka aliran (flow number) NQ yang

didefinisikan sebagai:

3

a

Qn.D

qN (23)

Untukimpellerturbin NQ adalah fungsi ukuran relatifimpellerdan tangki. Untuk bejana

berpengaduk dan bersekat (untuk turbun rata berdaun 6 dengan W/Da = 1/5), nilai NQ

adalah 1.3. Untuk turbin berdaun rata, aliran total, diperkirakan dari waktu sirkulasi rata-

rata cairan yang terlatut adalah:

=

a

t3

aD

D.0.92.n.Dq (24)


19/34




Salah satu pertimbangan yang sangat penting dalam merancang bejana pengaduk

adalah kebutuhan daya untuk memutar impeller. Bila aliran di dalam tangki adalah

turbulen, kebutuhan daya dapat diperkirakan dari hasil kali aliran q yang didapat dariimpellerdan energi kinetik Ek per satuan volume fluida. Besaran aliran q adalah:

q = n.Da3.NQ (25)

Sedangkan energi kinetik aliran didiefinisikan sebagai:

c

2

2k

2.g

).(V'E = (26)

Kecepatan V2 sedikit lebih kecil dari kecepatan ujung u2. Jika rasio V2/u2 disimbolkan

dengan , maka V2 = ..n.Da, dan kebutuhan daya adalah:

( )2ac

Q

3

a ..n.D2.g

..Nn.DP = (27)

= Q

22

c

5

a

3

N2

.

g

.D.nP (28)

Dalam bentuk tanpa dimensi persamaan tersebut menjadi:

Q

22

5

a

3

c N2

.

..Dn

P.g= (29)

Ruas kiri persamaan tersebut dianamakan bilangan daya (power number) NP,

yang

didefinisikan sebagai:

Q

5

a

3

cP

..Dn

P.gN = (30)

Untuk menaksir daya yang diperlukan untuk memutar impellerpada kecepatan

tertentu, diperlukan korelasi empirik mengenai daya (bilangan daya). Bentuk korelasi

demikian didapatkan dari analisis dimensi, bila spesifikasi tangki, sekat, dan impeller

diketahui.Variabel-variabel yang dianalisis adalah dimensi penting tangki, sekat, dan

impeller, viskositas, densitas, dan kecepatan zat cair, serta fenomena vorteks yang terjadi

di permukaan cairan. Sebagian zat cair akan terangkat lebih tinggi dari permukaan rata-

rata zat cair, yaitu permukaan dalam keadaan tidak teraduk, dan gaya angkat ini harus

diatasi oleh gaya gravitasi. Gugus-gugus tanpa dimensi yang berkorelasi dengan bilangan

daya adalah bilangan Reynolds, bilangan Froude, dan faktor bentuk, sehingga dapat

dirumuskan persamaan:


20/34




Np = (NRE, NFR, S1, S2,.....,Sn) (31)

Berbagai faktor bentuk dalam persamaan tersebut ditentukan oleh jenis dan

susunan alat. Ukuran-ukuran penting untuk bejana dengan pengaduk turbin yang umumdisajikan pada Gambar 14.

Gambar 14 Ukuran Bejana

Faktor-faktor bentuk yang berhubungan dengan dimensi bejana, sekat, dan

impellertersebut adalah: S1 = Da/Dt, S2 = E/Da, S3 = L/Da, S4 = W/Da, S5 = J/Dt dan S6 =

H/Dt. Faktor-faktor tersebutlah yang biasanya dikorelasikan dengan bilangan-bilangan tak

berdimensi dan diplot dalam grafik-grafik korelasi. Contoh grafik NP terhadap NRE untuk

tangki disajikan pada Gambar 15a dan Gambar 15b.

Gambar 15a dan 15b Korelasi bilangan Reynolds dan bilangan daya.

Kriteria keberhasilan pencampuran biasanya diamati secara visual. Kriteria lain

adalah fluktuasi konsentrasi setelah suatu pencampur diinjeksikan ke dalam aliran fluida,

variasi dalam analisis sampel yang diambil secara random dari berbagai titik dalam

campuran kecil, laju perpindahan zat terlarut dari suatu fasa cair ke dalam fasa lain, serta

keseragaman suspensi.

Pencampuran zat cair yang miscible di dalam tangki merupakan proses yang

berlangsung cepat dalam daerah aliran turbulen. Impeller akan menghasilkan arus

kecepatan tinggi, fluida dapat bercampur baik di daerah sekitar impellerkarena adanya


21/34




keturbulenan. Pada waktu arus melambat karena membawa serta aliran lain di sepanjang

dinding, terjadi juga pencampuran radial sedang pusaran-pusaran besar pecah menjadi

kecil, tetapi tidak banyak terjadi pencampuran pada arah aliran, Fluida akan mengalamisatu lingkaran penuh dan kembali ke pusat impeller, dan berkontak dengan massa fluida

yang lain dan terjadi pencampuran. Perhitungan yang didasarkan atas model ini

menunjukkan bahwa pencampuran yang hampir sempurna (99%) tercapai saat isi tangki

disirkulasikan sebanyak 5 kali. Waktu pencampuran dapat diperkirakan dari korelasi

aliran yang dihasilkan turbin standar berdaun 6, sebagai berikut:

=

a

t3

aD

Dn.D0.92q (32)

t

2

a

2

tT

.D0.92.n.D1.

4.HD5.

q5Vt = (33)

atau

4.3konstanH

D.

D

D.n.t t

2

t

aT ==

(34)

Untuk tangki dan impeller tertentu, atau untuk berbagai sistem yang serupa

secara geometri, waktu pencampuran diperkirakan akan berbanding terbalik dengan

kecepatan pengaduk. Grafik pada gambar 16 menyajikan hasil untuk berbagai sistem

yang dikorelasikan dalam n.tT terhadap NRE. Untuk turbin dengan spesifikasi Da/Dt = 1/3

dan Dt/H =1, nilai n.tT untuk NRE > 103 adalah 36.

Gambar 16 Korelasi Waktu Pencampuran

Waktu pencampuran akan jauh lebih besar bila NRE antara 10-1000 walaupun

konsumsi daya tidak banyak berbeda dengan keadaan turbulen. Waktu pencampuran


22/34




dengan turbin bersekat berubah sesuai persamaan polinomial berorde 1.5 terhadap

kecepatan pengaduk dan meningkat lagi dengan cepat jika NRE diturunkan. Faktor waktu

pencampuran dapat disusun kembali untuk rejim turbulen sesuai persamaan Norwood danMetzner, sebagai berikut:

61/

a

2

1/2

t

2

t

aT3/2

t

1/2

2/1

a

1/62/3

aTt

.Dn

g

H

D

D

D.n.t

.DH

.D.g)(nDtf

2

== (35)

Bilangan froude dalam persamaan tersebut menyiratkan adanya efek vorteks,

yang dapat terjadi pada bilangan reynolds yang rendah. Bilangan froude dapat diabaikan

pada tangki bersekat dengan aliran yang sangat turbulen (NRE sangat tinggi).

V. Rancangan Percobaan

V.1 Perangkat Alat dan Bahan

Pada percobaan pendahuluan, peralatan yang digunakan adalah piknometer

berukuran 25 mL dan viskometer Ostwald. Sedangkan pada percobaan utama, peralatan

yang digunakan adalah tangki berpengaduk dengan draft tube kapasitas 2 L yang terbuat

dari stainless steel. Tipe draft tube yang digunakan berdiameter 3 cm dan memiliki

daerah hisapan yang melebar 30o. Konfigurasi tangki berpengaduk dengan draft tube ini

dipilih berdasarkan mixing time tersingkat dan daya terkecil [Hermawan, 2001].

Pemanasan tangki berpengaduk dilakukan dengan merendamnya dalam water

bath. Temperatur pada water bath ini dijaga konstan pada nilai tertentu dengan

menggunakan pemanas listrik. Temperatur di dalam tangki berpengaduk diukur dengan 6

termokopel yang diletakkan pada arah aksial dan radial. Dan untuk mencatat temperatur

cairan dalam tangki berpengaduk digunakan temperature recorder.

Secara ringkas daftar alat yang dibutuhkan untuk praktikum ini adalah:

1. Dua set tangki berpengaduk seperti pada Gambar 17

2. draft tube

3. water bath4. Stopwatch

5. Termometer

6. Viskometer

7. Gelas ukur

8. Perangkat titrasi


23/34




9. Voltmeter

10.Amperemeter

Dan daftar bahan yang dibutuhkan untuk melaksanakan praktikum ini adalah:1. Aliran air sebagai fluida dari kran

2. Aqua DM

3. Lindi

4. Larutan NaOH

5. Larutan HCl

6. Indikatorpp

V.2 Langkah Percobaan

Percobaan terdiri dari 2 bagian yaitu percobaan pendahuluan dan

percobaan utama. Pengukuran sifat fisik cairan dalam tangki berpengaduk

dilakukan pada percobaan pendahuluan. Sifat fisik yang akan diukur ialah densitas

dan viskositas cairan. Pengukuran densitas cairan dilakukan dengan menggunakan

piknometer sedangkan penentuan viskositas dilakukan dengan menggunakan

viskometer Ostwald. Alat ini dipilih karena sederhana dan dapat dipakai untuk

cairan yang tidak kental. Penentuan sifat fisik cairan ini dilakukan pada beberapa

temperatur dengan tujuan untuk mengamati pengaruh temperatur terhadap sifat

fisik cairan. Jika sifat fisik tidak berubah secara signifikan terhadap temperatur,

maka pada percobaan selanjutnya pengaruh temperatur terhadap hidrodinamika

tangki berpengaduk tidak perlu diamati.

Pemanasan tangki berpengaduk akan dilakukan pada percobaan utama.

Data yang diamati pada percobaan ini ialah mixing time, waktu yang dibutuhkan

untuk mencapai keseragaman temperatur di dalam tangki. Mixing time ini dapat

dianalisa dari pengamatan temperatur tiap selang waktu tertentu. Pengamatan

dilakukan hingga temperatur di setiap titik pengukuran dianggap konstan (steady

state), yaitu dengan rentang perbedaan 5%.

Pengadukan diatur dengan speed regulator, dan daya yang diperlukan

dapat diukur dari tegangan dan arus. Pengukuran tegangan dan arus dilakukan

dengan menggunakan AVO meter.

Parameter hidrodinamika diperoleh dengan mengalurkan bilangan

Reynolds dan bilangan Power. Nilai dari kedua bilangan ini ditentukan dengan

menggunakan persamaan yang telah disebutkan pada bagian IV. Pada persamaan


24/34




korelasi daya terdapat parameter P (daya). Nilai daya ini diukur dengan mengamati

tegangan dan arus yang dibutuhkan untuk menggerakkan pengaduk.

IV.2.1 Percobaan Pendahuluan

Penentuan sifat fisik akan dilaksanakan dalam percobaan pendahuluan.

Sifat fisik fluida cair yang diukur ialah densitas dan viskositas. Densitas

diukur dengan menggunakan piknometer sedangkan viskositas diukur

dengan menggunakan viskometer Ostwald.

IV.2.2 Percobaan Utama

Percobaan utama dilakukan dengan memanaskan tangki berpengaduk

dalam waterbath (Gambar 17).Pemanasan dilakukan pada temperatur 50

oC dan 70 oC pada kecepatan putaran pengaduk yang divariasikan. Data

yang diamati ialah temperatur tiap satu menit serta tegangan dan arus yang

mengalir dalam rangkaian. Pemanasan dihentikan saat temperatur cairan

yang terbaca di semua titik termokopel hanya beda 5 %.

Gambar 17 Alat percobaan tangki berpengaduk 2 L dengan draft tube


25/34




Tabel 2 Konfigurasi tangki berpengaduk 2 L dengan draft tube

Dimensi Panduan Ukuran

Diameter tangki (cm) Dt 10

Tinggi tangki (cm) HT = 3,00 DT 30Tinggi cairan (cm) HL = 2,30 DT 23

Diameter pengaduk (cm) DA = 0,25 DT 2,5

Pitch blade (cm) p= DT 2,5

Pengaduk turbine 1 buah

Clearance turbine (cm) HA = 0,25 DT 2,5

Diameter draft tube (cm) DD = 0,30 DT 3,0

Keterangan gambar:1 = Tangkistainless steel 8 = Temperature recorder

2 =Draft tube 9 = Motor pengaduk

3 = Pengaduk 10 = Voltmeter

4 = Termokopel 11 = Amperemeter5 = Tangki pemanas 12 = Sumber listrik PLN

7 = Kumparan pemanas

IV.3 Variasi Percobaan

Percobaan ini dilakukan dengan menggunakan draft tube dengan diameter 3 cm.

Variasi yang dilakukan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:

1. Cairan yang disirkulasikan dalam tangki berpengaduk, yaitu:

a) Air

b) Lindi hitamVariasi cairan dalam tangki berpengadukini dilakukan untuk mengamati pengaruh

sifat fluida, yaitu densitas dan viskositas, terhadap hidrodinamika tangki

berpengaduk dan daya pengadukan.

2. Temperatur pemanasan, yaitu 50 oC dan 70 oC.

Variasi temperatur ini dilakukan jika pengaruhnya terhadap sifat fisik cairan

(viskositas dan densitas) signifikan.

3. Kecepatan putaran pengaduk, yaitu 500 rpm, 1000 rpm dan 1500 rpm.

Peningkatan kecepatan putaran pengaduk akan meningkatan kualitas pengadukan.

Di lain pihak, hal ini juga mengakibatkan peningkatan daya pengaduk.

4. Jenis dan ukuran pengaduk, yaitu propeller, turbin 1,5 cm, turbin 2,5 cm dan

turbin 3,5 cm.

Perubahan diameter pengaduk mengakibatkan perubahan daya dan kualitas

pengadukan.


26/34




Diagram kerja percobaan ini secara ringkas disajikan pada Gambar 18 berikut:

V.4 Data Literatur

Data literatur yang dibutuhkan dalam pengolahan data praktikum Tangki

Berpengaduk ini adalah:

1. densitas fluida yang diabuk sebagai fungsi waktu

2. Viskositas fluida yang diaduk sebagai fungsi waktu.

3. Konstanta grafitasi standar.

Gambar 18. Diagram Alir Penelitian

Percobaan pendahuluan,penentuan sifat fisik fluida

(viskositas dan densitas)

Hasil Percobaan mixing time daya pengadukan

Hasil Intepretasi Data Korelasi Hidrodinamika (Re, Po)

Variabel Percobaan: Temperatur Jenis cairan

Metode Pengukuran: Viskositas: Ostwald Densitas : Piknometer

Percobaan dingin modeldraft tube dalam tangki

kapasitas 2 L dengan TKS

Variabel Percobaan: Cairan dalam tangki

berpengaduk Kecepatan putaran

pengaduk Diameter pengaduk Temperaturbath Nisbah cair-padat

Metode Pengukuran:Pengukuran temperatur

cairan dengan

pemanasan dari dinding


27/34




V.5 Data Pengamatan Praktikum

V.5.1 Penentuan Diemnsi Tangki

Jenis TangkiKarakteristik Baffle Non-baffle

Diameter (cm)

Tinggi tangki (cm)

Jumlah baffle

Lebarbaffle (cm)

Tebal baffle (cm)

Panjang baffle (cm)

V.5.2 Data Karakteristik Impeller

Karakteristik Turbin (blade disk) Propeler Turbin (Pitch-blade)

Diameter (cm)

Jumlah daun

Lebar daun (cm)

Panjang daun (cm)

Tebal daun (cm)

V.5.3 Data KecepatanImpeller

JenisImpeller:

No.Impeller:

Kecepatan (rpm)Variasi Skala Daya

Center Off Center Incline

V.5.4 Data Korelasi Waktu Pencampuran

Waktu Pencampuran (s)Jenis Pengaduk Jenis Tangki

Center Off Center Incline

Turbin (blade disk)

Propeller

Turbin (pitch-blade)

Baffle

Non-baffle

V.5.5 Perhitungan Densitas Cairan

Temperatur Percobaan :

Densitas air (literatur) pada temperatur percobaan :

Massa (g)

Pikno kosong

Pikno + aqua dm

Pikno + air fluida


28/34




V.5.6 Perhitungan Viskositas Cairan

Temperatur Percobaan :

Viskositas air (literatur) pada temperatur percobaan :t (s)

aqu dm

fluida

V.5.7 Profil Aliran

Jenis Tangki Jenis Pengaduk Centre Off-centre Incline

Turbin (blade dissk)

PropelerBaffle

Turbin (pitch blade)

Turbin (blade dissk)

PropelerNon-Baffle

Turbin (pitch blade)

V.6 Langkah-Langkah Pengolahan Data

Data yang diperoleh dari hasil percobaan adalah temperatur cairan tiap menit di

keenam titik termokopel. Data ini dialurkan dalam sebuah grafik temperatur terhadap

waktu. Pengaruh pengaduk terhadap kualitas pengadukan disajikan dengan mengalurkan

kecepatan putaran pengaduk terhadap mixing time dalam sebuah grafik pada berbagai

jenis pengaduk. Sedangkan pengaruhnya terhadap daya disajikan pada grafik daya

pengadukan dengan kecepatan putaran pengaduk. Dari kedua grafik tersebut dapat dilihat

pula pengaruh jenis cairan terhadap kualitas dan daya pengadukan.

Pengaruh nisbah cair-padat terhadap kualitas pengadukan disajikan dengan

mengalurkan grafik mixing time dengan nisbah cair-padat. Sedangkan pengaruhnya

terhadap daya pengadukan ditampilkan dalam bentuk grafik antara daya spesifik dengan

nisbah cair-padat pada berbagai temperatur untuk masing-masing jenis cairan.

Korelasi empiris antara bilangan Reynolds dengan bilangan Power diperoleh

dengan cara mengalurkan grafik logaritmik antara bilangan Reynolds (absis) dengan

bilangan Power (ordinat).


29/34




V.6.1 Pengukuran Dimensi Tangki

Dimensi tangki diukur baik pada tangki yang dilengkapi baffle maupun yang

tidak dilengkapi baffle. Dimensi yang diukur adalah diameter tangki, tinggi fluidadalam tangki, jumlah baffle dan lebarbaffle.

V.6.2 Pengukuran Dimensi Pengaduk

Dimensi semua pengaduk yang digunakan harus diukur, baik jenis turbin, padel,

maupun propeler. Dimensi pengaduk yang diukur adalah diameter, jumlah daun,

lebar daun, panjang daun, dan ketinggian penagduk dari dasar tangki.

V.6.3 Penentuan Densitas Fluida

Densitas Fluida ditentukan dengan piknometer.

Persamaan yang digunakan:

T)suhu(padaair

.dmaquamassa

fluidamassaT)suhu(pada

fluidal =

Contoh:

Misalkan data:

- massa piknometer kosong = 13.244g

- massa piknometer + aqua dm = 39.885 g

- massa piknometer + fluida = 39.866 g- Data diambil pada T = 280C, dimana air= 997.08 kg/m

3

Massa fluida = (massa piknometer + campuran) massa piknometer kosong

Massa aqua dm = (massa piknometer + aqua dm) massa piknometer kosong.

3kg/m996,36928)suhu(padafluida

.997.0813,244-39,885

13,244-39,86628)suhu(pada

fluida

=

=

V.6.4 Penentuan Viskositas Fluida

Misalkan diperoleh data:

- Dua kali perhitungan waktu tempuh pada fluida air kran adalah 175, 176, dan

179 detik

- Densitas air kran adalah 996,369 kg/m3.

- Ketinggian fluida dari dasar tangki 15,7 cm


30/34




Maka:

- waktu tempuh rata-rata adalah 176,67 detik

- Viskositas air kran = 0,0008528 kg/m.s

V.6.5 Penentuan Konstanta Korelasi Kebutuhan Daya

1. Penentuan Kecepatan Putar n, (dalam rps)

2. Penentuan Tegangan Listrik Motor Agitator (dalam Volt)

3. Penentuan Arus Listrik yang Dibutuhkan Motor Agitator (dalam mA)

4. Penentuan Daya Efektif (Peff) (dalam Watt)

Persamaan yang digunakan: Peff= Ieff..Veff

5. Penentuan Bilangan Daya (NP)

Persamaan yang digunakan:..Dn

P.gN

5

a

3

cP =

6. Penentuan Bilangan Reynolds (NRE)

Persamaan yang digunakan:

.N.DN

2

RE =

7. Penentuan Bilangan Freude (NFR)

Persamaan yang digunakan:g

DNN

2

FR =

8. Perhitungan ln NP, ln NRE,ln NFR.

9. Perhitungan (ln NP)2, (ln NRE)

2, (ln NFR)2

10. Perhitungan (ln NP* ln NRE), (ln NRE* ln NFR), dan (ln NFR* ln NP)

11. Umumnya diambil 7 seri data dan nilai-niali tersebut terletak dalam 1 kolom.

Nilai ln NP, ln NRE, danln NFR;(ln NP)2, (ln NRE)

2, dan (ln NFR)

2; (ln NP* ln

NRE), (ln NRE* ln NFR), dan (ln NFR* ln NP) dijumlahkan berurutan di bawah

kolom.

Berikut ini adalah contoh seri data dan perhitungannnya:

N' V I Vo Io Peff

(rps) (volt) (mA) (volt) (mA) (Watt)NPO NRE NFR

0.333 50 30 22.5 25 0.938 2773.420 1496.985 0.001

0.833 55 45 34 30 1.455 2754.463 3742.463 0.004

1.167 65 55 44 40 1.815 1252.154 5239.448 0.009

1.667 70 65 50 50 2.050 485.098 7484.926 0.018


31/34




2.000 80 75 60 55 2.700 369.739 8981.911 0.025

2.333 90 90 70 65 2.650 228.527 10478.900 0.034

ln NPO* ln NRE* ln NFR*ln NPO ln NRE ln NFR (ln NPO)

2(ln NRE)

2(ln NFR)

2

ln NRE ln NFR ln NPO

7.928 7.311 -7.262 62.851 53.454 52.731 57.962 -53.091 -57.569

7.921 8.227 -5.428 62.742 67.692 29.468 65.170 -44.662 -42.998

7.133 8.564 -4.755 50.874 73.342 22.614 61.084 -40.725 -33.919

6.184 8.921 -4.042 38.246 79.578 16.338 55.168 -36.057 -24.997

5.913 9.103 -3.677 34.961 82.864 13.523 53.824 -33.475 -21.744

5.432 9.257 -3.369 29.503 85.694 11.351 50.281 -31.188 -18.300

V.6.6 Penentuan Korelasi Waktu Pencampuran

1. Penentuan kecepatan putar pengaduk (dalam rpm)

2. Perhitungan kecepatan putar pengaduk (dalam rps)

3. Penentuan waktu pencampuran (dalam detik), yaitu waktu yang dihitung

mulai saat suatu fluida jenis lain yang telah ditandai dimasukkan ke dalam

fluida di dalam tangi, sampai waktu pertama saat kedua fluida itu tercampur

sempurna dan terlihat homogen

4. Penentuan Bilangan Reynolds (NRE)

Persamaan yang digunakan:.N.DN

2

RE =

5. Perhitungan tempuhan putaran impeller sampai 2 fluida tercampur

Persamaan yang digunakan d = n(rps).t

6. Perhitungan ln NRE

7. Perhitungan ln [n(rps).t]

8. Pembuatan kurva korelasi pencampuran, dengan memplot antara ln NRE di

sumbu x dan ln [n(rps).t] di sumbu y

Berikut ini adalah contoh seri data dan langkah-langkah perhitungan korelasi

waktu pencampurannya:

N (rpm) n (rps) t (s) NRE n.t ln NRE ln (n.t)

20 0.3333 33 1496.985 10.9989 7.311208 2.397795

70 0.1667 11 5239.448 1.8337 8.563971 0.606336

100 0.6667 8 7484.926 5.3336 8.920646 1.674026

120 2 5 8981.911 10 9.102968 2.302585

140 2.3333 4 10478.9 9.3332 9.257119 2.233578


32/34




Korelasi Waktu Pencampuran

y = 2.5201x3 - 62.007x2 + 506.21x - 1369

R2 = 0.5248

0

0.5

1

1.5

2

2.5

33.5

7 8 9 10

ln N RE

ln

(n.t

)

V.6.7 Penentuan Kondisi Optimum

Kondisi optimum tercapai saat kecepatan putaran minimum, daya

pengadukan minimum, dan waktu pencampuran tersingkat. Titik ini diketahui

dengan membuat grafik yang memplot N (rpm) terhadap t (detik) dan N (rpm)

terhadap Peff, dalam 1 grafik. Antara ke dua plot tersebut akan ditemukan 1 titik

perpotongan yang merupakan kondisi pencampuran optimum.

Dari grafik tersebut terlihat bahwa kondisi optimum proses pencampuran tercapai

dengan laju agitator 49 rpm, waktu pencampuran 1,47 detik dan daya

pencampuran yang diberikan 16 Watt.

V.6.8 Korelasi Empiris Kebutuhan Daya Pengadukann

FR

m

REPO NNkN )(*).(=

Persamaan di atas diperoleh dari:

1. P = f (D, , g, , N)

2. P = k (Da, b, ge, f, Ng)

Jika dituliskan dalam basis LMT, diperoleh:

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 50 100 150N (rpm)

t(s)

0

5

10

15

20

25

30

35

Peff(Watt)


33/34




=gf

e

2

a

3

2

T

1.

L3

M.

T

L.

LT

M.L

T

M.Lb

L : 2 = a-b+e-3f

M : 1 = b + f

T : -3 = -b-2e-g

f = 1 b

a = 2 +b-e+3-3b = 5-2b-e

g = -b-2e+3

P = k (D5-2b-e

.b

.ge.

1-b.N

-b-2e+3)

=

eb

g

NDNDk

ND

P 22

35

..

..

.

n

FR

m

REPO NNkN )(*).(=

Hubungan korelasi antara bilangan daya, bilangan reybolds, dan bilangan

froud adalah:

FRREPO NnNmkN ln.lnlnln ++=

Pada masing-masing impellerdapat dihitung besarnya nilai k,m, dan n dari data

percobaan dengan menggunakan metodaLeast Square.

Persamaan:FRREPO

NnNmkN ln.lnlnln ++=

Misalkan:

ln NPO = Y

ln k = A

m. ln NRE = m.X1

n. ln NFR= n. X2

Yi = A + m.X1 + n.X2

( ) ( )2

21

2 == nXmXAYYYS i

Tujuan metoda ini adalah mencari nilai A, m, dan n yangmenyebabkan niali S minimum. Supaya nilai S minimum, maka

deferensiasi parsial S terhadap A, m, dan n harus 0.

Maka: 0=A

S, 0=m

S, 0=

n

S

Untuk itu dapat digunakan matriks dan inversinya, sehingga diperoleh:


34/34



=

YX

YX

Y

XXX

XXXX

XXu

n

m

A

.

...

2

1

2

212

21

2

11

21

Daftar Pustaka

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

2. Book Co., New York, 1978

3. Perry, R., Green, D.W., and Maloney, J.O., Perrys Chemical Engineers Handbook,

6th

Edition, McGraw-Hill, Japan, 1984

4. Brodley, and Hershey, Transport Phenomena: A Unified Approach, McGaw-Hill

Book Co., New York, 1988, Chapter: Application of Mixing

5. Moo-Young et al., The Blending Efficiencies of Some Impellers in Batch Mixing,AIChEJ, 18 (1), 1972, pp. 178-182

6. Tatterson, and Gary, B., Fluid Mixing and Gas Dispersion in Agitated Tanks,

McGraw-Hill Book Co., New York, 1991, Chapter 1,2, and 4.

tdk-tangki-berpengaduk.pdf

Documents