Laporan Tangki Pengaduk LabTekim Unjani

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pengadukan merupakan proses suatu pencampuran dua atau lebih zat agar  diperoleh larutan yang homogen. Istilah pencampuran (mixing) digunakan sebagai sala salah h satu satu bent bentuk uk opera operasi si tekni teknik k kimi kimiaa yang yang bert bertuj ujua uan n untu untuk k meng mengur uran angi gi ketidaksamaan atau ketidakrataan dalam komposisi, temperatur atau sifat – sifat lain yang terdapat dalam suatu bahan. Pencampuran Pencampuran adalah operasi operasi tersebarnya tersebarnya secara acak suatu bahan ke bahan yang lain dimana bahan-bahan tersebut terpisah dalam dua fasa atau lebih. Dalam proses kimia, pengadukan dilakukan untuk memperoleh keadaan turbul turbulen en

(bergo (bergolak lak). ).

Ak ibat i bat

dila dilaku kuka kann nnya ya

peng pengad aduk ukan an,,

maka maka kita kita

memper memperole oleh h bahan bahan yang yang memilik memilikii kesama kesamaan an pada pada skala skala moleku molekuler. ler.

akan akan

Dengan Dengan

adanya kesamaan bahan pada skala molekuler maka akan terjadi peristiwa sebagai  berikut : 1. Terjadinya reaksi kimia 2. Terjadinya perpindahan massa 3. Terjadinya perpindahan panas

1.2 Tujuan

Tujuan dari dilakukannya percobaan tangki pengaduk ini adalah : 1. Mempelajari pola aliran dari setiap impeller dan pengaruh baffle terhadap pola aliran. 2. Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi kebutuhan daya (P). 3. Untuk mengetahui bilangan froude (N) fr  dan hubungan antara bilangan Reynold

( NRe )dan bilangan power (N Po).

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Proses Pencampuran

Pencampuran bahan merupakan salah satu proses penting dalam industri kimia. kimia. Pencampuran Pencampuran adalah peristiwa peristiwa menyebarny menyebarnyaa bahan-bahan bahan-bahan secara acak, dimana bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain, yang pada akhirnya memben membentuk tuk hasil hasil yang yang lebih lebih seraga seragam m (homog (homogen) en).Pa .Pada da proses proses pencam pencampur puran an diperlukan diperlukan gaya mekanik mekanik untuk menggerakkan menggerakkan bahan-bahan bahan-bahan sehingga didapat didapat hasil yang homogen. Gaya mekanik diperoleh sebagai akibat adanya aliran bahan ataupun ataupun dihasilkan dihasilkan oleh alat pencampur. pencampur. Proses pencampuran pencampuran dalam fasa cair  diland dilandasi asi oleh oleh mekani mekanisme sme perpin perpindah dahan an moment momentum um di dalam dalam aliran aliran turbul turbulen, en,  pencampuran terjadi pada tiga skala yang berbeda, yaitu: 1. Pencampuran sebagai akibat aliran cairan secara keseluruhan (bulk flow) yang disebut mekanisme konvektif. 2. Pencampuran Pencampuran karena karena adanya adanya gumpalan gumpalan – gumpalan gumpalan fluida yang terbentuk terbentuk dan tercam tercampak pakkan kan di dalam dalam medan medan aliran aliran,, dikena dikenall sebaga sebagaii “eddie “eddies”, s”, mekani mekanisme sme  pencampuran ini disebut “eddy difussion”. 3. Pencampuran Pencampuran karena gerak molekul air, merupakan merupakan mekanisme pencampuran pencampuran yang dikenal difusi.

2.2 Tangki Pengaduk 

Penca encam mpura puran n

cair cair-c -cai airr

dig digunak unakan an

untu ntuk

memp empers ersiap iapkan kan

atau atau

melangsungkan proses-proses kimia dan fisika serta juga untuk membuat produk  akhir yang komersial. Alat yang digunakan untuk pencampuran bahan cair-cair  dapat berupa tangki atau bejana yang dilengkapi dengan pengaduk. Tangki atau  bejana biasanya berbentuk silinder dengan sumbu terpasang vertikal, bagian atas  bejana itu bias terbuka saja ke udara atau dapat pula tertutup. Ujung bawah tangki itu biasanya agak membulat, jadi tidak datar saja, maksudnya maksudnya agar tidak terdapat terlalu banyak sudut-sudut tajam atau daerah yang sulit ditembus arus zat cair.

Kedalaman zat cair biasanya hampir sama dengan diameter tangki. Di dalam tangki itu dipasang pengaduk (impeller) pada ujung poros menggantung, artinya poros itu ditumpu dari atas. Poros itu digerakkan oleh motor, yang kadangkadang dihubungkan langsung dengan poros itu, namun biasanya dihubungkan melalui peti roda gigi untuk menurunkan kecepatannya.

2.3 Jenis Pengadukan

Jenis pengaduka pengadukan n dalam pengolahan pengolahan dapat dikelompo dikelompokan kan berdasarkan berdasarkan kecepa kecepatan tan pengad pengaduka ukan n dan metoda metoda pengad pengaduka ukan. n. Berdasa Berdasarka rkan n kecepa kecepatan tannya nya,,   penga pengaduk dukan an dibeda dibedakan kan menjad menjadii pengad pengaduka ukan n cepat cepat dan pengad pengaduka ukan n lambat lambat.. Kecepatan pengadukan dinyatakan dengan gradien kecepatan, yang merupakan fungsi dari tenaga yang disuplai (P) : G=Wμ= Pμ.V

(1)

Dalam hal ini : W

= ten tenag agaa yan yang g dis disup upla laii per per satu satuan an volu volume me air air (N(N-m/ m/s. s.m m3)

P

= suplai tenaga ke air ( N.m/s)

V

= volume air yang diaduk (m3)

µ

= viskositas absolut air ( N.s/m 2)

Persamaan ini berlaku umum untuk semua jenis pengadukan. Parameter yang memb membed edak akan anny nyaa adal adalah ah besa besarn rnya ya tenag tenagaa yang yang disu disupl plai ai keda kedala lam m air (P). (P). Berdasarkan metodanya pengadukan dibedakan menjadi : 1. Pengadukan Mekanis

Pengad Pengaduka ukan n mekani mekaniss adalah adalah metoda metoda pengad pengaduka ukan n menggu menggunak nakan an alat   penga pengaduk duk berupa berupa impelle impellerr yang yang digerak digerakkan kan dengan dengan motor motor berten bertenaga aga listrik listrik.. Umumnya pengadukan mekanis terdiri dari motor, poros pengaduk, dan gayung   penga pengaduk duk (impel (impeller ler). ). Menuru Menurutt bentuk bentuknya nya,, pengad pengaduk uk dapat dapat dibagi dibagi menjad menjadii 3 golongan yaitu :

1. Turbin Menghasilka Menghasilkan n aliran arah radial dan tangensial tangensial,, disekitar disekitar turbin turbin terjadi terjadi daerah turbulensi yang kuat, arus dan geseran yang kuat antar fluida.

(a )

(b)

(c )

Gambar 1 .Berbagai jenis turbin : (a) six blade open turbin, (b) pitched blade (45’) turbin, (c) six blade turbin with disk 

2. Propeller  Mengh Menghasi asilka lkan n aliran aliran arah aksial aksial,, arus arus aliran aliran mening meninggal galkan kan pengad pengaduk  uk  secara secara kontin kontinu u melewat melewatii fluida fluida ke satu satu arah arah sampai sampai dibelo dibelokka kkan n oleh oleh dinding atau dasar tangki.

(a)

(b)

Gambar 2 Berbagai propeler : (a) three-blade marine propeller, (b) guarded propeller  3. Padel Meng Mengha hasi silk lkan an alir aliran an arah arah radial radial dan dan tange tangens nsia iall hamp hampir ir tanpa tanpa gera gerak  k  vertikal.Arus bergerak secara horisontal, setelah mencapai dinding akan dibelokkan ke atas dan ke bawah.

(a)

(b)

(c)

Gambar 2.4. Berbagai jenis padel : (a) four blade padlle, (b) gate padlle, (c) glassed padlle

2. Pengadukan Hidrolis

Pengadukan yang memanfaatkan gerakan air sebagai tenaga pengadukan. Sistem pengadukan ini menggunakan energi hidrolik yang dihasilkan dari suatu aliran aliran hidrol hidrolik. ik. Beberap Beberapaa contoh contoh dari dari pengad pengaduka ukan n hidrol hidrolis is adalah adalah terjun terjunan, an, loncatan, hidrolisis, parshall flume, baffle basin (baffle channel), perforated wall, gravel bed.

3. Pengadukan Pneumatis

Pengadukan yang menggunakan udara (gas) beebentuk gelembung yang dimasukkan ke dalam air sehingga menimbulkan gerakan pengadukan pada air. Injeksi Injeksi bertekanan bertekanan kedalam suatu badan air akan menimbulkan menimbulkan turbulensi turbulensi akibat akibat lepasnya gelembung udara ke permukaan air.

2.4 Tenaga Pengadukan

Besarnya tenaga untuk operasi pengadukan akan mempengaruhi besarnya gradien kecepatan yang dihasilkan. Bila suatu sistem pengadukan telah ditentukan nilai nilai gradie gradien n kecepa kecepatan tannya nya,, maka maka tenaga tenaga pengad pengaduka ukan n dapat dapat dihitu dihitung. ng. Tenaga Tenaga  pengadukan dihasilkan oleh suatu sistem pengadukan misalnya alat pengaduk dan kecepatan putarannya, aliran air, hembusan udara dan sebagainya. Perhitungan tenaga tenaga pengaduka pengadukan n berbeda-bed berbeda-bedaa bergantung bergantung pada jenis pengadukannya pengadukannya.. Pada  pengadukan mekanis yang berperan dalam menghasilkan tenaga adalah bentuk  dan ukuran ukuran pengad pengaduk uk serta serta kecepa kecepatan tan alat pengad pengaduk uk itu diputa diputarr oleh oleh motor  motor 

  penggerak. penggerak. Hubungan antara variabel variabel itu dinyatakan dinyatakan dengan dengan persamaan persamaan untuk  untuk  nilai NRe leebih dari 10.000: P

=

K T

. n3

.

Di5

.ρ

(2)

Dan persamaan (3) untuk nilai N Re kurang dari 20 P

=

K L

.n2

.Di3

.µ

(3)

Bilangan Reynold untuk satu pengaduk dapat dihitung dengan rumus sebagai  berikut :

NRe=Di2 n ρμ

(4)

Keterangan untuk persamaan (2), (3), dan (4) adalah: P

= tenaga (N.m/s)

K

= Kon Konstan stanta ta pen pengadu gaduk k untu ntuk alir aliran an turb turbu ulen len

n

= kecepatan putaran.(rps)

Di

= diameter pe pengaduk (m)

ρ

= Massa jenis air (kg/m3)

KL

= kon konst stan anta ta peng pengad adu uk ali alira ran n lam lamin iner  er 

µ

= kekentalan absolute cairaan (N-s/m2)

Pada pengadukan hidrolisis tenaga dapat dituliskan sebagai berikut : P

=Q

.ρ

.g

.h

Dimana : P

= tenaga (N.m/s)

Q

= debit aliran (m3/s)

ρ

= berat jenis (kg/m 3)

g

= percepatan gr gravitasi (m (m/s2)

h

= tinggi jatuhan m kehilangan energi akibat gesekan (head loss)

Penggabungan persamaan (5) ke persamaan (1) menghasilkan :

(5)

G=Q ρ g hμ N=√ g h∪td

(6)

 Nilai h dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut : a. Dala Dalam m pip pipaa : hl=fL V2D 2 g  b. Kanal bersekat : hl=K V22 g c. Media berbutir : hl=f θ 1-αα2 Ld v2g

f=150I 1-αRN I+1,75 RN=d vρμ Dimana : d = rata-rata diameter butiran L= kedalaman media berbutir  α =porositas butiran V=kecepatan aliran (m/s) R  N= bilangan Reynold 

= faktor bentuk 

BAB III HASIL PERCOBAAN

3.2 Hasil Perhitungan 3.2.1 Tabel Perhitungan Perhitungan Nre, Npo, dan NFr Propeler Propeler

Propeler 

Air Murni Jenis Tangki Baffle

Letak  Impeller 

P (watt) 1,1

Centre

1,4 3,4

Off Centre 1,1 1,4

Nre 3,7747051 6 4,9365511 2 6,5617819 1 3,6676605 3 4,9600451 2

Npo 1424289,6 6 838366,39 7 936992,07 2 1383008,5 1 833593,92 5

Nf r   0,00934444 4 0,015625 0,02621315 2 0,00952947 8 0,01568458

3,4 1,1 Centre

1,4 3,4

Unbaffle 1,1 Off Centre

1,4 3,4

6,5710058 7 3,8319556 4,9365511 2 6,6099737 1 3,6615668 6 4,9413191 9 6,5712905 1

957968,73 7 1372938,1 838366,39 7 932870,41 2 1424289,6 6 828857,60 7 941138,04 9

0,02582908 2 0,00957602 0,015625 0,02629030 6 0,00934444 4 0,01574427 4 0,02613611 1

Larutan Kanji Jenis Tangki

Letak  Impeller 

P (watt) 1,1

Centre

1,4 3,4

Baffle

1,1 Off Centre

1,4 3,4 1,1

Centre

1,4 3,4

Unbaffle

1,1 Off Centre

1,4 3,4

Nre 1,1352211 9 2,8738697 6 10,243462 6 1,2680462 1 4,8394179 9 11,118349 1 1,2301271 5 3,0623202 4 11,745323 6 1,5278336 4 4,0224275 3 14,331449 9

3.2.2 Tabel Perhitungan Perhitungan Nre, Npo, dan NFr Turbin

Npo 9630676,0 7 23939890, 8 143803740 9630676,0 7 23939890, 8 143803740 9630676,0 7 23939890, 8 143803740 9630676,0 7 23939890, 8 143803740

Nf r   0,01 0,015625 0,02857709 8 0,01 0,015625 0,02857709 8 0,01 0,015625 0,02857709 8 0,01 0,015625 0,02857709 8

Turbin

Air Murni Jenis Tangki

Letak  Impeller 

P (watt)

5,23116174 2

1,1 Centre

1,4

7,44713998 9,22928792 9 5,25566808 5 7,43359972 5 9,29748444 1 5,25966943 5 7,46835690 3 9,29748444 1 5,22990500 6 7,27467989 6 9,18029255 7

3,4

Baffle

1,1 Off Centre

1,4 3,4 1,1

Centre

1,4 3,4

Unbaffle

1,1 Off Centre

Nre

1,4 3,4

Npo 576640,475 293033,636 3 393669,724 4 564013,764 8 294637,831 5 388428,628 7 576640,475 293033,636 3 388428,628 7 572390,071 291441,065 7 379898,293 5

Nfr

 

0,01115816 3 0,02057823 1 0,03053741 5 0,01132408 2 0,02050346 9 0,03081149 7 0,01115816 3 0,02057823 1 0,03081149 7 0,01121333 3 0,02065312 9 0,03127102

Larutan Kanji Jenis Tangki Baffle

Letak  Impeller 

P (watt) 1,1

Centre

1,4 3,4

Off Centre 1,1 1,4 3,4

Nre

Npo

0,59400333 1 0,80658254 6 1,14856873 7 0,67140274 3 1,33353967 7 1,20426349

517037,831 2 293033,636 3 298190,914 6 499003,282 2 309616,618 7 330812,093 8

Nfr

 

0,012 0,02057823 1 0,03675 0,01228741 5 0,01983673 5 0,03429251 7

1,1 Centre

1,4 3,4

Unbaffle

1,1 Off Centre

1,4 3,4

0,65898807 8 0,85947320 4 1,28113205 1 0,82798872 6 1,07762232 3 1,58507933 5

481797,814 5 293033,636 3 323920,399 1 465374,327 4 336920,652 2 310700,823 7

0,01257823 1 0,02057823 1 0,03477721 1 0,01287244 9 0,01875 0,03575680 3

3.3 Grafik Hubungan Antara Antara Bilangan Reynold dengan dengan Bilangan Power 3.3.1 Grafik Hubungan Ln Nre terhadap terhadap Ln Npo Pada Propeler Propeler Larutan Kanji

3.3.2 Grafik Hubungan Ln Nre terhadap terhadap Ln Npo Pada Propeler Propeler Larutan Kanji

BAB IV PEMBAHASAN

Pada percobaan Tangki Pengaduk kali ini, kami menggunakan dua jenis impelle impellerr (penga (pengaduk duk), ), yaitu yaitu pertam pertamaa propel propeller ler dan

kedua kedua turbin turbin.. Kedua Kedua jenis

impeller (pengaduk) ini menghasilkan berbagai pola aliran yang berbeda - beda.

Berbag Berbagai ai pola pola aliran aliran terseb tersebut ut dapat dapat diamat diamatii dengan dengan menggu menggunak nakan an air sebaga sebagaii fluida dan pewarna dan sekam padi sebagai indikator gerakannya. Pada jenis impeller (pengaduk) propeller menghasilkan pola aliran arah aksial, dan pada saat posisi impeller (pengaduk) berada di tengah dan unbuffle diputar pada voltase 11 V cenderung tidak begitu terlihat pola alirannya meskipun telah telah diberik diberikan an sekam sekam padi. padi. Hal ini dikaren dikarenaka akan, n, jenis jenis impelle impellerr (penga (pengaduk duk))  propeller akan terlihat pola alirannya ketika diputar pada voltase yang lebih besar. Semakin besar harga voltasenya maka akan semakin terlihat pola aliran yang dihasilkan dan kecenderungan akan terjadinya vortex akan semakin besar pula. Terjadinya vortex menyebabkan terjadinya pengumpulan. Penyebabnya ialah arus aksial aksial yang yang mengik mengikuti uti suatu suatu lintas lintasan an berben berbentuk tuk lingk lingkaran aran diseke disekelil liling ing poros poros sehingga menimbulkan vortex dan membentuk lapisan-lapisan pada permukaan zat cair dan untuk mencegah hal demikian biasanya tangki akan diberikan buffle. Adanya baffle, akan merintangi aliran rotasi tanpa menggangu alirannya, sehingga akan menghasilkan menghasilkan larutan yang lebih homogen dibandingkan dibandingkan dengan larutan larutan  pada tangki tanpa baffle. Sedangkan pada jenis impeller (pengaduk) turbin menghasilkan pola aliran arah radial dan tangensial. Berbeda dengan jenis impeller (pengaduk) propeller,  pada saat posisi impeller (pengaduk) (pengaduk) berada di tengah tengah dan unbuffle unbuffle diputar diputar pada voltase 11 V pola alirannya sudah dapat terlihat apalagi ketika diberikan sekam  padi, jelas semakin terlihat. Hal ini dikarenakan, jenis impeller (pengaduk) turbin, disekitarnya akan terjadi daerah turbulensi yang kuat, arus dan geseran yang kuat antar antar fluida fluida meskip meskipun un baru baru diputa diputarr pada pada voltas voltasee 11 V. Semaki Semakin n besar besar harga harga volt voltas asen enya ya maka maka akan akan sema semaki kin n terl terlih ihat at pola pola alir aliran an yang yang diha dihasi silk lkan an dan dan kecenderungan akan terjadinya vortex akan semakin besar pula. Terjadinya vortex menyebabkan terjadinya pengumpulan. Penyebabnya ialah arus tangensial yang meng mengik ikut utii suat suatu u lint lintas asan an berb berben entu tuk k ling lingka kara ran n dise diseke keli lili ling ng poro poross sehi sehing ngga ga menimbulkan vortex dan membentuk lapisan-lapisan pada permukaan zat cair dan untuk untuk mencegah mencegah hal demikian biasanya tangki akan diberikan buffle. Adanya  baffle, akan merintangi aliran rotasi tanpa menggangu alirannya, sehingga akan menghasilk menghasilkan an larutan larutan yang lebih homogen homogen dibandingk dibandingkan an dengan dengan larutan larutan pada

tang tangki ki tanp tanpaa baff baffle le.. Impe Impell ller er (pen (penga gadu duk) k) jeni jeniss turb turbin in lebi lebih h baik baik dala dalam m  pengadukannya dibandingkan dengan jenis impeller (pengaduk) propeller. Kebutu Kebutuhan han daya daya pada pada proses proses pengad pengaduka ukan n dipeng dipengaru aruhi hi oleh oleh diamete diameter  r    penga pengaduk duk,, viskos viskosita itass cairan, cairan, densit densitas as cairan cairan,, gaya gaya gravit gravitasi asi dan laju laju putaran putaran   pengaduk. Jika fluida yang digunakan memiliki konsentrasi dan densitas yang  besar, maka tegangan yang diperlukan pada proses pengadukan bersar pula. Laju  putaran  putaran pengaduk pengaduk dipengaruhi dipengaruhi oleh besarnya tegangan , semakin semakin besar tegangan yang diberikan maka semakin banyak pula laju putaran pengaduk yang dihasilkan. Untuk memaksimalkan proses pengadukan pada larutan yang cukup kental dibandingk dibandingkan an dengan air diperlukan diperlukan daya yang cukup cukup besar pula. N Re untuk air  lebih besar daripada larutan kanji, ini bisa kita lihat di hasil percobaan. Dimana harga untuk N Re air berkisar >1000 sedangkan harga untuk N Re untuk larutan kanji  berkisar