tdk-tangki-berpengaduk.pdf

Upload: kherliyanda-febriani

Post on 03-Apr-2018

219 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 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.

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

    2/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    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.

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

    3/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 3 dari 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.

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

    4/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 4 dari 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.

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

    5/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 5 dari 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

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

    6/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 6 dari 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

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

    7/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 7 dari 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

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

    8/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 8 dari 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.

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

    9/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 9 dari 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

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

    10/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 10 dari 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

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

    11/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 11 dari 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

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

    12/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 12 dari 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

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

    13/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 13 dari 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

    D = diameter pengaduk

    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)

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

    14/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 14 dari 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

    D = diameter pengaduk

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

    15/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 15 dari 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

    N = kecepatan putaran pengaduk

    D = diameter pengaduk

    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

    N = kecepatan putaran pengaduk

    = 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

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

    16/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 16 dari 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

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

    17/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 17 dari 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.

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

    18/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 18 dari 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)

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

    19/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 19 dari 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:

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

    20/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 20 dari 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

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

    21/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 21 dari 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

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

    22/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 22 dari 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

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

    23/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 23 dari 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

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

    24/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 24 dari 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

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

    25/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 25 dari 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.

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

    26/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 26 dari 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

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

    27/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 27 dari 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

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

    28/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 28 dari 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).

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

    29/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 29 dari 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

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

    30/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 30 dari 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

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

    31/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 31 dari 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

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

    32/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 32 dari 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)

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

    33/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    Modul 1.09 Tangki Berpengaduk Halaman 33 dari 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:

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

    34/34

    Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II

    Departemen Teknik Kimia ITB

    =

    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.