Agitasi 01 [PDF]

  • 0 0 0
  • Suka dengan makalah ini dan mengunduhnya? Anda bisa menerbitkan file PDF Anda sendiri secara online secara gratis dalam beberapa menit saja! Sign Up
File loading please wait...
Citation preview

AGITASI A.



PENDAHULUAN



B.



SISTEM PENGADUKAN



C.



JENIS PENGADUK



D.



POLA ALIRAN



E.



ANGKA ALIRAN



F.



KEBUTUHAN DAYA



G.



KORELASI DAYA



H.



PENCAMPURAN



Definisi • Agitasi atau pengadukan adalah perlakuan dengan gerakan terinduksi thd suatu bahan di dalam bejana; gerakan tersebut biasanya mempunyai pola tertentu.  Perputaran daun pengaduk  Sirkulasi dengan pompa  Menggelembungkan udara/gas dalam cairan • Pencampuran (mixing) adalah peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara acak; bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain dan sebaliknya yang mana bahanbahan tersebut sebelumnya terpisah dalam dua fasa atau lebih



Pengadukan dengan perputaran daun pengaduk dalam sistem zat cair



Tujuan Agitasi  MEMBUAT SUSPENSI DENGAN PARTIKEL ZAT PADAT Tepung Pati – Air



 MERAMU ZAT CAIR YANG MAMPU CAMPUR (MISCIBLE) Etanol – Air



 MENDISPERSIKAN GAS DALAM ZAT CAIR BERUPA GELEMBUNG-GELEMBUNG KECIL Udara – Air



 MENDISPERSIKAN ZAT CAIR YANG TIDAK MAMPU CAMPUR (IMMISCIBLE) SEHINGGA MEMBENTUK EMULSI Minyak – Air



 MEMPERCEPAT PERPINDAHAN KALOR ANTARA ZAT CAIR DENGAN MEDIA PENDINGIN ATAU PEMANAS Cairan reaksi – Air Pendingin



 PERTUMBUHAN KRISTAL



SISTEM AGITASI



Agitator Selection • The type of mixing required • The capacity of the vessel • The properties of fluid (viscosity)



Kebutuhan Daya • The type of mixing required • The capacity of the vessel • The properties of fluid (viscosity) GEOMETRI • Dimensi tangki • Penempatan pengaduk



SISTEM AGITASI 



Motor







Daun Pengaduk (Impeller)







Tangki / Bejana







Baffle



JIKA KEDALAMAN CAIRAN CUKUP TINGGI DAPAT DIPASANG DUA IMPELLER



JENIS PENGADUK 



ALIRAN  Impeler aliran aksial, yaitu membangkitkan arus yang arahnya sejajar dengan sumbu impeler  Impeler aliran radial, yaitu membangkitkan arus yang arahnya radial atau tangensial dengan sumbu impeler







BENTUK  Propeler  Dayung (paddle)  Turbin



Bentuk Impeller



Bentuk Impeller



Bentuk Impeller



Three-bladed mixing propeller



Turbine with blades are inclined 45o



turbine with flat vertical blades



Curved blade turbines



Horizontal plate to which the impeller blades of this turbine are attached



Shrouded turbines



Bentuk Impeller



Flat plate impellers with saw tooth edges



Anchor paddles Cage beaters



Gatepaddles



Hollow shaft and hollow impeller



shrouded screw impeller and heat exchange coil



PROPELER  Merupakan impeler aliran aksial berkecepatan tinggi  Untuk zat cair dengan viskositas rendah  Rpm : 1150–1750 (ukuran kecil); 400–800 (ukuran besar)  Arus cairan meninggalkan propeler secara aksial sampai dibelokkan oleh lantai atau dinding bejana  Berputar membuat pola heliks di dalam cairan  Rasio jarak zat cair yang dipindahkan terhadap diameter propeler disebut jarak-bagi (pitch); jarak bagi = 1 disebut square pitch  Paling banyak : marine propeller berdaun tiga dan square pitch



PADDLE  Perputaran paddle mendorong zat cair secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya gerakan vertikal  Arus bergerak menjauhi pengaduk ke arah dinding, lalu membelok ke atas atau ke bawah  Dapat disesuaikan dengan bentuk dasar bejana  Rpm : 20 - 150  Panjang paddle : 50 – 80% dari diameter bejana  Lebar paddle : 0,10 – 0,25 dari panjangnya  Biasanya perlu baffle



TURBIN  Kebanyakan menyerupai agitator paddle berdaun banyak yang agak pendek dan berputar pada kecepatan tinggi  Bentuk daun: lurus atau melengkung, dipasang vertikal atau bersudut  Diameter: 30 – 50% dari diameter bejana  Efektif untuk rentang viskositas yang cukup lebar  Arus utama bersifat radial dan tangensial yang akan menimbulkan vorteks dan arus putar, yang biasanya dicegah dengan memasang sekat atau difuser



POLA ALIRAN



 Jenis impeller  Sifat fluida  Ukuran impeller



 Ukuran tangki  Ukuran baffle  Posisi impeller  Kecepatan putar



POLA ALIRAN 



Tiga komponen aliran: radial pada arah tegak lurus poros; longitudinal atau aksial pada arah pararel poros; tangensial atau rotasional pada arah singgung terhadap lintasan lingkar di sekeliling poros







Dalam posisi poros vertikal, komponen radial dan tangensial berada pada satu bidang horisontal, sedangkan komponen longitudinal adalah vertikal







Komponen radial dan longitudinal sangat aktif dalam memberikan aliran yang diperlukan untuk melakukan pencampuran







Terjadinya arus lingkar atau arus putar dapat dicegah dengan salah satu cara berikut:  Pergeseran posisi poros pengaduk  Pemasangan poros pada sisi tangki  Pemasangan baffle



??????



Menghitung Power Pengaduk



ANGKA ALIRAN Impeller yang berputar akan menyebabkan terjadinya aliran fluida dengan berbagai arah:



U2 = kecepatan pada ujung daun Vu’2 = kecepatan tangensial zat cair Vr’2 = kecepatan radial zat cair V’ = kecepatan total zat cair U22 = .Da.n Vu’2 = k.U2 Vu’2 = k..Da.n



ANGKA ALIRAN



(cont)



Laju aliran volumetrik melalui impeller (q) adalah:



q = Vr’2.Ap Ap = .Da.W Ap = luas silinder yang dibuat oleh sapuan ujung daun impeller Da = diameter impeller W = lebar daun impeller Vr’2 = (U2 – Vu’2) tan







= .Da.n.(1-k) tan  q = 2.Da2.n.W.(1-k) tan 



ANGKA ALIRAN



(cont)



Angka aliran (NQ) didefinisikan:



NQ 



q n.Da 3



• Propeller kapal (jarak bagi bujur sangkar) : NQ = 0,5 • Turbin 4 daun 45o (W/Da = 1/6) : NQ = 0,87 • Turbin rata 6 daun (W/Da = 1/5): NQ = 1,3 • Pada turbin daun rata terdapat hubungan empiris: q = 0,92.n.Da3.(Dt/Da)



KEBUTUHAN DAYA Bila aliran cairan di dalam tangki adalah turbulen, kebutuhan daya pengaduk dapat diperkirakan dari perkalian aliran yang didapatkan dari impeller (q) dan energi kinetik per satuan volume fluida (Ek):



P  q.E k



q  n.Da 3 .N Q .(V' 2 ) 2 Ek  2g c Jika rasio V’2/U2 ditandai dengan  maka V’2 = ..n.Da, sehingga kebutuhan daya adalah:



P  n.Da 3 N Q . / 2 g c ( . .n.Da ) 2



.n 3 .Da 5 P gc



 22   NQ    2  



KEBUTUHAN DAYA



(cont)



Dalam bentuk tidak berdimensi:



 2 . 2  NQ 3 5 2 n .Da  P.g c



Ruas kiri dinamakan angka daya (power number), Np:



NP 



P.g c n 3 .Da 5 .



KORELASI DAYA Variabel yang berpengaruh terhadap daya pengaduk adalah:  Sifat pengaduk : n, Da, W, L  Sifat cairan : ,   Percepatan gravitasi : g  Tetapan dimensional : gc  Faktor geometri : H, E, J, Dt, m Bila faktor bentuk diabaikan dan zat cairnya termasuk fluida Newtonian, maka: P = (n, Da, , , g, gc)



KORELASI DAYA



(cont)



Dengan metode analisis dimensi, diperoleh:



 n.Da 2 . n 2 .Da       g  n 3 .Da 3 .  P.g c



Jika memperhitungkan faktor bentuk, diperoleh:  n.Da 2 . n 2 .Da  P.g c   , S1 , S 2 ,............, S n     g n 3 .Da 3 .  



N P   ( N Re , N Fr , S1 , S 2 ,............, S n ) S1 = Da / Dt S2 = E / Da



S3 = L / Da



S4 = W / Dt



S6 = H / Dt



S5 = J / Dt



KORELASI DAYA N P   ( N Re , N Fr , S1 , S 2 ,............, S n ) S1 = Da / Dt S2 = E / Da S3 = L / Da S4 = W / Dt S5 = J / Dt S6 = H / Da



L



(cont)



KORELASI DAYA



(cont)



Hubungan NP dengan NRe:



Kebutuhan daya pengaduk meningkat jika: •



Daun pengaduk lebih lebar (kurva A dan B)







Posisi daun pengaduk vertikal (kurva B dan C)







Menggunakan baffle (kurva A dan D)



KORELASI DAYA



(cont)



Hubungan NP dengan NRe:



• Pada angka Reynold yang rendah, yaitu di bawah 300, kurva angka daya untuk tangki berbaffle maupun tanpa baffle adalah identik • Pada NRe lebih tinggi, terbentuk vorteks pada tangki tanpa sekat dan terdapat gerakan gelombang permukaan yang tidak dapat diabaikan sehingga angka Froude berpengaruh



KORELASI DAYA



(cont)



Eksponen m secara empirik dengan angka NRe:



a  log N Re m b Bila ukuran geometris pengaduk yang dirancang tidak sama dengan grafik yang ada, maka dipilih grafik untuk jenis pengaduk yang sesuai dan ukuran geometris yang mendekati. Hasil yang diperoleh secara grafis dikoreksi sbb:



 Dt     Da 



 H    Da  



yangdiinginkan



 Dt     Da 



 H    Da  



grafik



Daya yang diberikan kepada zat cair dihitung dari N P:



N P .n 3 .Da 5  P gc



Korelasi Empirik



Korelasi Empirik



Korelasi Empirik



n.Da 2 . Nre  



Korelasi Empirik (1) propeller, pitch equalling diameter, without baffles; (2) propeller, s = d, four baffles; (3) propeller, s =2d, without baffles; (4) propeller, s =2d, four baffles; (5) turbine impeller, six straight blades, without baffles; (6) turbine impeller, six blades, four baffles; (7) turbine impeller, six curved blades, four baffles; (8) arrowhead turbine, four baffles; (9) turbine impeller, inclined curved blades, four baffles; (10) two-blade paddle, four baffles; (11) turbine impeller, six blades, four baffles; (12) Turbine impeller with stator ring; (13) paddle without baffles; (14) paddle without baffles



Korelasi Empirik-Turbin



Contoh Soal Pengadukan bahan emulsi dirancang menggunakan jenis paddle 2 daun yang dipasang vertikal di pusat tangki. Diameter tangki (Dt) 10 ft, tinggi tangki 12 ft, diameter pengaduk (Da) 3 ft, posisi pengaduk (E) 1 meter di atas dasar tangki, dengan putaran (n) 120 rpm. Operasi berlangsung pada suku kamar. Tinggi larutan (H) 10 ft, rapat jenis larutan () 1,66 g/ml dan viskositas (µ) 32 cp. Berapa Hp daya pengaduk teoritis yang dibutuhkan bila tangki berbuffle 4 buah dengan tebal (J) 1 ft ? 1 m = 3,2808 ft 1 g/ml = 62,43 lbm/ft3 1 cp = 6,7197 x 10-4 lbm/ft.s gc = 32,174 ft/s2