AGITASI [PDF]

Citation preview

MAKALAH MEKANIKA FLUIDA AGITASI



Disusun oleh : Kelompok Agitasi Pengampu : Ir. Slamet Priyanto, M.S. Mata Kuliah : Unit Operasi II (Mekanika Fluida)



Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro 2017



1



NAMA ANGGOTA 1. Agum Mahatma 2. Aryadita 3. Asri Pertiwi S 4. Bayu Aji 5. Daniel Ageng Satrio 6. Desty Dwi 7. Endah Budiarti 8. M Aviv AlFaris 9. Melisa T 10. Muhammad Ibnul Baasith 11. Nada Silvia 12. Pradhipta Rizka Lakzita 13. Ratna Juwita 14. Riska Anindita 15. Safira Ryandita 16. Shidhiba Ryanvalan 17. Tri Hanly Maurice 18. Ummi Az Zuhra 19. Wiwik Dwi N K



21030115 21030115140173 21030115140118 21030115 21030115140196 21030115 21030115 21030115 21030115130126 21030115130202 21030115 21030115120011 21030115 21030115120041 21030115130115 21030115120089 21030115140183 21030115120071 21030115120032



2



PRAKATA Puji dan syukur dipanjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan berkat dan rahmat-Nya sehingga dapat diselesaikan Makalah dengan judul “Agitasi” ini dengan baik. Penyusunan makalah ini ditujukan sebagai salah satu syarat untuk melengkapi mata kuliah Unit Operasi II (Mekanika Fluida). Disadari sepenuhnya bahwa tanpa bantuan dan kerja sama dari berbagai pihak maka makalah ini tidak akan dapat terselesaikan. Oleh karena itu,pada kesempatan ini disampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Bapak Ir. Slamet Priyanto, M.S. selaku Dosen mata kuliah Unit Operasi II



(Mekanika



Fluida)



Jurusan



Teknik



Kimia



Fakultas



Teknik



Universitas Diponegoro Semarang tahun 2016. 2. Segenap teman-teman semua Permohonan maaf disampaikan jika dalam penyusunan makalah ini masih terdapat kekeliruan. Untuk itu, diharapkan kritik dan saran yang membangun agar makalah ini dapat diterima dan bermanfaat dalam selanjutnya. Terima kasih.



Semarang, 2016



Penyusun



3



BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Sejak bertahun-tahun yang lalu agitasi atau yang biasa disebut pengadukan sudah dilakukan secara manual. Namun, seiring meningkatnya teknologi pengadukan tersebut dibentuklah suatu alat agitator atau alat pengaduk. Tujuan dibuatnya alat tersebut adalah untuk meringankan pekerjaan manusia jika kapasitas produksinya cukup besar. Agitasi yang sederhana banyak ditemui dalam kehidupan sehari-hari dari mulai agitasi dengan cara konvensional yaitu dengan batang pengaduk saja, ataupun cara yang sudah lebih modern seperti penggunaan mixer untuk memasak. Agitasi juga sangat umum digunakan di berbagai industri salah satunya industri kimia. Pencampuran (mixing) merupakan suatu operasi yang dimaksudkan untuk mencampur dua atau lebih materi hingga mencapai tingkat keseragaman yang diinginkan, biasanya digunakan untuk proses koagulasi. Sedangkan agitasi atau pengadukan dimaksudkan untuk memperoleh turbulensi didalam cairan. Agitasi ditujukan untuk pertumbuhan flok yang disebut flokulasi. Zat cair biasanya diaduk di dalam suatu tangki atau bejana yang biasanya berbentuk silinder dan dipasang daun pengaduk dengan sumbu biasanya dipasang secara vertikal. Bagian atas bejana bisa secara terbuka maupun tertutup tergantung bahan yang diaduk. Ukuran yang proporsi geometris tangki bermacam-macam tergantung pada masalah pengadukan itu sendiri. I.2 Rumusan Masalah 1



Apa pengertian agitasi?



2



Apa saja jenis peralatan agitasi?



3



Bagaimana prinsip kerja agitasi?



4



Bagaimana mekanisme dan cara kerja peralatan agitasi?



5



Apa fungsi agitasi di industri kimia?



6



Bagaimana contoh soal penerapan tentang agitasi dalam industri kimia?



7



Apa saja variabel perancangan alat agitasi? 4



BAB II PEMBAHASAN II.1 Pengertian Agitas Secara luas agitasi dikenal sebagai proses pengadukan untuk mencampur bahan tetapi agar lebih spesifik terdapat definisi definisi secara operasional yang menjadikan konsep yang awalnya masih bersifat abstrak menjadi bersifat operasional yang memudahkan pengukuran variabel. Sebuah definisi operasional juga bisa dijadikan sebagai batasan pengertian yang dijadikan pedoman untuk melakukan suatu kegiatan atau pekerjaan penelitian. Secara operasional agitasi adalah proses pengoyangan ataupun pemutaran yang bertujuan supaya cairan di dalam angki tercampur atau teraduk sampai homogen setelah beberapa lama didiamkan uuk dapat bereaksi dengan emulsi film. Agitasi dapat dilakukan dengan menjungkir-balikan tangki pengembang setelah menutupnya dengan sempurna ataupun dengan melakukan pemutaran reel di dalam tangki dengan menggunakan tuas pemutar. Dalam proses pengadukan (agitasi) menimbulkan reduksi gerakan pada bahan yang mempunyai pola sirkulasi. Akibat yang ditimbulkan dari operasi pengadukan adalah terjadinya pencampuran dari satu atau lebih komponen yang teraduk. Ada beberapa tujuan yang ingin diperoleh dari komponen yang dicampurkan, yaitu membuat suspensi, blending, dispersi dan mendorong terjadinya transfer panas dari bahan ke dinding tangki. II.2 Jenis Peralatan Agitasi Peralatan proses pengadukan dan 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 pengadukan dan pencampuran ialah tangki berpengaduk. Hal yang penting dari tangki berpengaduk dalam penggunaannya antara lain: 1. Bentuk



: pada umumnya digunakan bentuk silindris dan bagian



bawahnya cekung. 2. Ukuran



: yaitu diameter dan tinggi tangki 5



3. Kelengkapannya



:



a. ada tidaknya baffle, yang berpengaruh pada pola aliran di dalam tangki b. jacket atau coil pendingin/pemanas yang berfungsi sebagai pengendali suhu c. letak lubang pemasukan dan pengeluaran untuk proses kontinyu d. kelengkapan lainnya seperti tutup tangki, dan sebagainya. Skema lengkap dari sebuah tangki berpengaduk sederhana ditunjukkan pada gambar berikut :



Gambar 1. Sketsa dan dimensi tangki pengaduk sederhana Berdasarkan aliran yang dihasilkan, pengaduk dapat dibagi menjadi tiga golongan: 1. Pengaduk aliran aksial yang akan menimbulkan aliran yang sejajar dengan sumbu putara. 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. Berdasarkan metodanya, pengadukan dibedakan menjadi tiga, yaitu pengadukan mekanis, pengadukan hidrolis dan pengadukan pneumatis. 1. Pengadukan Mekanis Pengadukan mekanis merupakan metoda pengadukan yang menggunakan alat pengaduk berupa impeller yang digerakkan dengan motor bertenaga listrik. Umumnya pengadukan mekanis terdiri dari motor, poros pengaduk, dan gayung pengaduk (impeller). Berdasarkan bentuknya, ada tiga jenis impeller yang utama yaitu : 



Propeler 6



Propeler merupakan impeler aliran aksial berkecepatan tinggi untuk zat cair dengan viskositas rendah. Jenis propeler yang paling banyak dipakai adalah propeler kapal (marine propeler) berdaun tiga dan berjarak-bagi bujur sangkar, sedang propeler berdaun empat, bergigi atau dengan rancangan lain biasanya digunakan untuk tujuan khusus. Diameter propeler biasanya tidak lebih dari 18 in, walaupun untuk tangki yang berukuran besar. Pada tangki yang dalam biasanya dipasang dua propeler atau lebih pada satu poros, yang biasanya mengarahkan zat cair pada arah ang sama. Kadang-kadang dua propeler sengaja dipasang agar bekerja pada arah yang berlawanan, sehingga terjadi zona zat cair yang sangat turbulen diantara kedua propeler tersebut. 



Dayung (paddle) Daun pengaduk jenis dayung adalah model yang paling sederhana , biasanya



terdiri dari satu dayung datar yang berputar pada porors vertikal dengan kecepatan rendah sampai sedang. Perputaran dayung mendorong zat cair secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya gerakan vertikal (aksial) kecuali bila dayungnya dipasang agak miring. 



Turbin Kebanyakan turbin menyerupai agitator dayung berdaun banyak dengan



daunnya yang agak pendek dan berputar pada kecepatan tinggi. Daun-daunnya ada yang lurus, melengkung, dipasang secara vertikal atau bersudut, biasanya berdiameter lebih kecil dibanding dayung, berkisar antara 30-50% dari diameter bejana. Turbin biasanya efektif untuk jangkauan viskositas yang cukup luas. Arus utama bersifat radial dan tangensial yang akan menimbulkan efek vorteks dan arus putar, yang bisa dicegah dengan memasang sekat atau difuser.



Gambar 2. Bentuk-bentuk Pengaduk (a) Pengaduk paddle (b) Pengaduk propeller (c) Pengaduk turbine



7



Disamping itu, masih ada bentuk-bentuk pengaduk lain yang biasanya merupakan modifikasi dari ketiga bentuk diatas.



Gambar 3. Tipe-tipe pengaduk jenis turbin (a) Flate Blade (b) Curve Blade (c) Pitched Blade (b)



Gambar 4. Tipe-tipe pengaduk jenis propeler (a) Standard three baldes (b) Weedless (c) Guarded



Gambar 5 Tipe-tipe pengaduk jenis paddle (a) Bassic (b) Anchor (c) Glassed Tabel.1 Kriteria Impeller Tipe



Kecepatan Putaran



Dimensi



Impeller Paddle



20-150 rpm



Diameter : 50-80% lebar bak Lebar : 1/6-1/10 diameter



Turbin Propeler



10-150 rpm 400-1750 rpm



paddle Diameter : 30-50% lebar bak Diameter : max 45 cm



Keterangan



Jumlah pitch 1-2 buah



2. Pengadukan Hidrolis



8



Pengadukan hidrolis adalah pengadukan yang memanfaatkan gerakan air sebagai tenaga pengadukan. Sistem pengadukan ini menggunakan energi hirolik yang dihasilkan dari suatu aliran hidrolik. Energi hidrolik dapat berupa energi gesek, energi potensial (jatuhan) atau adanya lompatan hidrolik dalam suatu aliran. Beberapa contoh pengadukan hidrolis adalah terjunan air, aliran air dalam pipa, parshall flume, baffle basin (baffle channel), perforated wall, gravel bed dan sebagainya.



Gambar 6. Profil Aliran dalam Pengaduk Hidrolisis 3. Pengadukan Pneumatis Pengadukan pneumatis adalah pengadukan yanag menggunakan udara (gas) berbentuk gelembung yang dimasukkan kedalam air sehingga menimbulkan gerakan pengadukan pada air. Injeksi udara bertekanan kedalam suatu badan air akan menimbulkan turbulensi, akibat lepasnya gelembung udara ke permukaan air. Makin besar tekanan udara, kecepatan gelembung udara yang dihasilkan makin besar dan diperoleh turbulensi yang besar pula.



9



Gambar 7. Pengadukan Pneumatis Arah aliran ada 3 fluida di dalam tangki berpengaduk yaitu : 



Arah axial



: arah sejajar terhadap tangki berpengaduk







Arah Radial



: arah tegak lurus terhadap tangki berpengaduk







Arah Tangensial : arah melingkar disekitar tangki berpengaduk



Fluida yang diperlukan pengadukan mempunyai karakteristik masing-masing dan sesuai table dibawah: Tabel.2 Kerekteristik Fluida yang Diprlukan dalam Pengadukan SISTEM



UKURAN



METODE



VISIBILITAS



Larutan Koloid Suspensi



PARTIKEL 1 mikro m



PEMISAHAN Membran Ultrafiltrasi Filtrasi



PARTIKEL Tidak terlihat Ultra mikroskopis Mikroskopis



Gambar 8. Pola Aliran Fluida di dalam Tangki II.3 Prinsip Kerja Agitasi



10



Gambar 9. Alat agitasi dengan motor penggeraknya 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). Prinsip kerjanya: pencampuran di dalam tangki berpengaduk terjadi karena adanya gerakan dari pengaduk dalam fluida. Adanya bantuan motor listrik yang memberikan daya membuat tuas pengaduk dapat bergerak. Akan tetapi kecepatan pengadukan juga harus diperhatikan karena dengan adanya gaya sentrifugal yang terlalu tinggi dapat menyebabkan pemisahan komponen dalam fluida atau yang biasa disebut dengan vorteks. Gerak pengaduk ini memotong fluida tersebut dan dapat menimbulkan arus yang bergerak keseluruhan sistem fluida tersebut. Dalam perancangan tangki berpengaduk bagian bawah atau dasar tangki biasanya agak membulat agar dapat menghindari terjadinya sudut-sudut tajam atau daerah yang sulit ditembus zat cair. Kedalaman zat cair biasanya hampir sama dengan volume tangki dengan permukaan zat cair sedikit dibawah batas atas tangki. Pemasangan daun pengaduk biasanya dengan sumbu vertical menggantung dengan ditumpu dari atas. II.4 Mekanisme dan Cara Kerja Peralatan Agitator adalah sebuah bagian dari tangki yang berfungsi sebagai pengaduk. Prinsip kerja dari agitator ini sarna seperti mixer pada umumnya yaitu mengaduk cairan produk dalam tangki dengan blade agitator sebagai pendorong produk yang akan diaduk. Jenis agitator : 



Propeller 11



Propeler merupakan impeler aksial berkecepatan tinggi untuk zat cair dengan viskositas rendah. Propeler ukuran kecil biasanya berputar pada kecepatan putar 11501750 rpm, sedang propeler ukuran besar biasanya 400-800 rpm. Jenis propeler yang sering digunakan adalah propeler kapal (marine ropeler) berdaun tiga dan rectangular. Sedangkan propeler berdaun empat, bergigi atau dengan rancangan lain biasanya digunakan untuk tujuan khusus. Diameter propeler biasanya tidak lebih dari 18 inci, walaupun tangki berukuran besar. Pada tangki biasanya dipasang dua propeler atau lebih pada satu poros dimana arahnya sama. Namun, terkadang ada juga dua propeler sengaja dipasang agar bekerja pada arah yang berlawanan, sehingga terjadi zona zat cair yang sangat turbulen di antara kedua propeler tersebut. Rasio jarak zat cair yang dipindahkan terhadap diameter propeler disebut dengan pitch (Ikhsan, 2002).



Gambar 10. Propeller



(a)



(b)



Gambar 11. Single propeller (a) dan double propeller (b) 



Turbin Kebanyakan turbin menyerupai agitator dayung berdaun banyak dengan daunnya yang agak pendek dan berputar pada kecepatan tinggi. Arah perputaran membentuk pola radial dan tangensial dengan kecepatan rendah hingga sedang yaitu 20-50 rpm. Daun-daunnya ada yang lurus, melengkung, dipasang secara vertikal atau bersudut, biasanya berdiameter lebih kecil dibanding dayung yaitu berkisar antara 30%-50% dari diameter bejana. Turbin biasanya efektif untuk jangkauan viskositas yang cukup luas.



12



Arus utama bersifat radial dan tangensial yang akan menimbulkan vorteks dan arus putar, yang bisa dicegah dengan pemasangan baffle (Ikhsan, 2002).



(a)



(b)



(c)



(d) Gambar 12. (a) Turbine with 6 curved blades (b) Turbine with 8 flat blades (c) Axial turbine with 4 blades (d) Radial turbine with deflector ring 



Dayung Model ini sangat sederhana, dimana perputaran dayung mendorong zat cair secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya gerakan vertikal (aksial), kecuali bila daunnya dipasang agak miring. Arus yang terjadi bergerak menjauhi pengaduk ke arah dinding, lalu membelok ke atas atau ke bawah. Agitator dayung yang sering digunakan di industri biasanya berputar dengan kecepatan antara 20-150 rpm. Panjang dayung biasanya 50%-80% dari diameter bejana, lebar 0,1-0,25 dari panjangnya. Pada kecepatan tinggi harus dipasang baffle agar zat cair bisa bercampur, tidak hanya berputar-putar mengelilingi bejana (Ikhsan, 2002).



13



(a)



(b)



Gambar 13. Paddle dengan 4 blade (a) dan paddle dengan 2 blade (b) II. 5 Fungsi Agitasi di Industri Kimia Fungsi utama agitasi dalam industri kimia adalah untuk homogenisasi, terutama komposisi maupun kalor. Fungsi lainnya yaitu: 



Membuat suspensi dengan partikel zat padat. Misalkan untuk mengaduk campuran substrat dan sel serta meratakan nutrisi dalam medium dalam bioreaktor.







Mendispersikan gas dalam zat cair dalam bentuk gelembung-gelembung kecil. Misalkan untuk aerasi.







Untuk meramu zat cair yang mampu campur (miscible).







Mendispersikan zat cair yang tidak dapat bercampur dalam satu fase (immisicible) sehingga membentuk emulsi dalam butiran halus.







Mempercepat perpindahan kalor antara zat cair dengan media pendingin atau pemanas







Mendorong terjadinya reaksi kimia dengan memperbanyak tumbukan



II.6 Contoh Soal Penerapan Berikut ini adalah beberapa contoh persoalan agitasi yang ada di industri kimia: 1. Sebuah flokulator direncanakan untuk mengolah air dengan debit 1MGD. Panjang flokulator tersebut 10m, lebar 4m dan dalamnya 1,5m. Flokulator menggunakan paddle yang jumlahnya 4 unit. Paddle tersebut berukuran 4m dengan lebar 30 cm dan jari-jari 60 cm dari shaft yang terleak di tengah-tengah kedalaman tangki. Setiap paddle memiliki 2 blade yang diputar dengan kecepatan 2,5rpm. Jika kecepatan air yang timbul adalah ¼ dari kecepatan paddle dan kofisien drugnya 1,8, temperatur air 50˚F. Tentukan: -



Kecepatan relatif



-



Power yang dibutuhkan



-



Waktu detensi



Penyelesaian : 14



a.



v =vi−va=vi−0,25 vi v =0,75.(2. π .0,6 m.2,5 /menit)



v =7,065 m/menit



b.



P=Fd . v =



1 . ρ. Cd . A . v 3 2



1 kg m 3 2 ( ) P= .1000 3 .1,8 . 4.0,3 .4 .2 m .(1,18 ) 2 dt m 2



P=14195,8 kg c.



td= td=



m dt 3



V Q



( 10 x 4 x 1,5 ) m3 m3 0,0438 dt



td=1369,86 dt



2. Pengadukan dalam suatu industri biogas untuk melarutkan NaOH 50% sebagai penetralan dengan laju alir massa 15.227 kg/m3 yang disimpan selama 30 hari dirancang menggunakan jenis three blades propeller yang dipasang di pusat tangki dengan putaran pengaduk 60 rpm. Operasi berlangsung pada suhu kamar dan tekanan atmosfir, densitas larutan 1550 kg/m3 dan viskositas 47.7 cP. Berapa HP sesungguhnya yang dibutuhkan bila tangki berbuffle 4 buah dengan efisiensi 80% ? Jawab : Data perhitungan: Kondisi penyimpanan :



P = 1 atm = 14.2 psi T = 30oC = 303 K Kebutuhan penyimpanan : t = 30 hari Laju alir masa : F =15.227 Kg/jam Densitas bahan : 1550 kg/m3 Viskositas bahan : 47.7 cP = 0.00477 Pa.s



Perhitungan ukuran tangki 15



1. Volume tangki Vtotal =



15.227



kg jam x 30 hari x 24 jam hari 3 =7.073 m 3 1550 kg /m



2. Ukuran tangki Direncanakan tangki sebagai berikut Tinggi silinder : diameter (Hs : D) = 3:2 Sehingga Vs =



π 2 π 3 3π 3 D . Hs= D2 D = D 4 4 2 8



D=



√



( )



3



8 Vs 3π



=



√ 3



3 x 7.703 =1.34 m 3π



Hs = 3/2 D = 3/2 x 1.34 = 2.022 m Jenis: three blades propeller Kecepatan putaran : 60 rpm = 1 rps Efisiensi motor = 80 % Pengaduk di desain dengan standard sebagai berikut (Geankoplis, 1997) : Da : Dt = 1: 3 W : Da = 1 : 8 4 baffle : Dt/J = 10 C : Dt = 1:3 Dimana: Da = diameter pengaduk Dt = diameter mixer W = lebar daun pengaduk C = jarak pengaduk dari dasar mixer Jadi, Diameter pengaduk (Da) = 1/3 x 1.34 m = 0.44 m Lebar daun pengaduk (W) = 1/8 x Da = 1/8 x 0.44 m = 0.0558 m Tinggi pengaduk dari dasar © = 1/3 x Dt = 1/3 x 1.34 = 0.44 m Lebar baffle (J) = 1/10 x Dt = 1/10 x 1.34 m = 0.134 m 2 3 Da 2 Nρ (0.44 m) x 1rps x 1550 kg /m Bilangan reynold (Nre) = = =6384.68 μ 0.047 Pa. s Dari gambar 3.4-4 (Geankoplis, 1997) untuk pengaduk jenis three blades propeller, diperoleh Np = 0.8



16



Maka, P = Np x ρ x N 3 x Da 5 = 0.8 X 1550 kg/m3 X (1 rps)3 X (0.64 m)5 = 325.058 J/s X 0.0013407 HP.s/J = 0.4358 HP Daya motor (Pm) = P/0.8 = 0.4358 HP/0.8 = 0.54478 H (Abuzar, 2012) II. 7 Variabel Perancangan Dalam perancangan agitator terdapat beberapa variabel yang perlu diperhatikan, yaitu: a. Densitas fluida Densitas fluida merupakan hubungan antara massa fluida dan volume yang ditempatinya. Hubungan ini ditunjukkan oleh persamaan di bawah ini: m ρ= V Dengan ρ = densitas fluida m = massa fluida V = volume fluida Volume larutan dipengaruhi oleh komposisi dan temperature, sehingga densitas larutan secara tidak langsung juga dipengaruhi oleh komposisi dan temperatur. Volume larutan dapat diprediksi dengan menggunakan persamaan berikut: Vsol = nA VA + nB VB Dengan Vsol = volume larutan VA = volume molar komponen A VB = volume molar komponen B nA = jumlah mol komponen A nB = 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 (Tim Laboratorium, 2012). 17



b. 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. 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 temperaturter tertentu dapat dihubungkan dengan viskositas pada 0oC melalui persamaan empiris: η=



η0 2



1+ αT + β T dengan α,β = konstanta Thrope dan Roger η = viskositas cairan pada temperature T η0 = viskositas air pada temperature 0oC (Tim Laboratorium, 2012) c. Jenis pengaduk Pengaduk dalam tangki memiliki fungsi sebagai pompa yang menghasilkan laju volumetric 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. Pencampuran di dalam tangki pengaduk terjadi karena adanya gerak rotasi dari pengaduk dalam fluida. Gerak pengaduk ini memotong fluida tersebut



dan dapat



menimbulkan arus eddy yang bergerak keseluruhan system 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. (Tim Laboratorium, 2012) d. Kecepatan pengaduk Kecepatan pengaduk yang umumnya digunakan pada operasi industri kimia adalah sebagaiberikut. 18



 Kecepatan tinggi, berkisar pada kecepatan 1750 rpm. Pengaduk denga 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 dimana terdapat serat atau pada cairan dapat menimbulkan busa. Untuk menjamin keamanan proses, pengaduk dengan kecepatan lebih tinggi dari 400 rpm sebaiknya tidak digunakan untuk cairan dengan viskositas lebih besar dari200 cP, atau volume cairan lebih besar dari 2000 L. Pengaduk dengan kecepatan lebih besar dari 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 system pengadukan. (Tim Laboratorium, 2012) e. 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 berikut. Tabel 3. Kriteria penentuan jumlah pengaduk Satu Pengaduk Fluida dengan viskositas rendah



Dua Pengaduk Fluida dengan viskositas sedang dan



Dapat menyapu dasar tangki Kecepatan balik aliran tinggi Ketinggian permukaan cairan



tinggi Untuk tangki yang dalam Gaya gesek aliran lebih besar Dapat meminimalkan ukuran



bervariasi



mounting nozzle (Tim Laboratorium Teknik Kimia ITB, 2012)



f. 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 dimana proses pencampuran berlangsung hingga mencapai kondisi akhir. Pada operasi 19



pencampuran dengan tangki pengaduk, waktu pencampuran ini dipengaruhi oleh beberapa hal: 1. Yang berkaitan dengan alat, seperti:  ada tidaknya baffle atau cruci form baffle  bentuk atau jenis pengaduk (turbin, propeler, paddle)  ukuran pengaduk (diameter, tinggi)  laju putaran pengaduk  kedudukan pengaduk pada tangki, seperti:  jarak terhadap dasar tangki  pola pemasangannya: - center, vertikal - offcenter, vertikal - miring (inciclined) dari atas - horisontal  jumlah daun pengaduk  jumlah pengaduk yang terpasang pada poros pengaduk 2. Yang berhubungan dengan cairan yang diaduk:  perbandingan kerapatan/densitas cairan yang diaduk  perbandingan viskositas cairan yang diaduk  jumlah kedua cairan yang diaduk  jenis cairan yang diaduk (miscible, immiscible) Untuk selanjutnya faktor-faktor tersebut dapat dijadikan variable 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 temperature serta waktu yang dibutuhkan untuk mencapai keseragaman. 20



Waktu pencampuran ditentukan oleh beberapa variable proses dan operasi yang ditunjukkan oleh hubungan berikut ini. Θm = f (ρ, µ, N, D, g. dimensi geometri sistem) Dengan θm = waktu pencampuran ρ = densitas fluida µ = viskositas fluida N = kecepatan putaran pengaduk D = diameter pengaduk g = percepatan gravitasi Jika faktor dimensi geometri dan bilangan Froude (DN 2/g) diabaikan, maka persamaan menjadi : 2 ρN D θm =f ( ) μ θm =f ( ℜ) (Tim Laboratorium, 2012) g. 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 Kesamaan geometris yang menentukan kondisi batas peralatan artinya bentuk kedua alat harus sama dan perbandingan ukuran-ukuran geometris berikut ini sama untuk keduanya: DT C J S W H , , , , , D D D D D D



21



gambar 1. (Dimensi sebuah Tangki Berpengaduk) Dimana DT = diameter tangki C = tinggi pengaduk dari dasar tangki D = diameter pengaduk H = tinggi cairan dalam tangki J = lebar baffle N = jumlah putaran pengaduk permenit P = daya (power) S = pitch dari pengaduk W = lebar blade pengaduk 2. Kesamaan dinamik dan kesamaan kinematik 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). Dua system yang sama secara geometri dapat dikatakan sama secara dinamik jika perbandingan gaya-gaya yang bekerja pada system 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 , μ , ρ , g , N ) Bila dianggap hubungan besaran-besaran tersebut seperti persamaan berikut: a b f e g D ,μ ,ρ ,g , N ) P=K ¿ Dimana K adalah konstanta, dengan analisa dimensi yang menggunakan dimensi M untuk massa, L untuk panjang, dan T untuk waktu, maka : 2 b e f g ML M L M 1 a = L .( ) .( ) .( ) .( ) ¿ T T3 T2 L3 Dengan menyelesaikan persamaan tersebut, diperoleh : P D 2 N −b D N 2 −e =K .( ) .( ) μ g D5 ρ N 3 Dimana dari persamaan-persamaan tersebut dikenal bilangan tak berdimensi. (Tim Laboratorium, 2012) Atau bisa juga dalam mencari kebutuhan daya pengaduk dapat menggunakan bilangan dibawah ini.



22



Bilangan Reynold Bilangan tak berdimensi yang menyatakan perbandingan antara gaya inersia dan gaya viskos yang terjadi pada fluida. Sistem pengadukan yang terjadi bisa diketahui bilangan Reynold-nya dengan menggunakan persamaan 3.



dimana : Re = Bilangan Reynold ρ



= dnsitas fluida



µ = viskositas fluida Dalam sistem pengadukan terdapat 3 jenis bentuk aliran yaitu laminer, transisi dan turbulen. Bentuk aliran laminer terjadi pada bilangan Reynold hingga 10, sedangkan turbulen terjadi pada bilangan Reynold 10 hingga 104 dan transisi berada diantara keduanya. Bilangan Fraude Bilangan tak berdimensi ini menunjukkan perbandingan antara gaya inersia dengan gaya gravitasi. Bilangan Fraude dapat dihitung dengan persamaan berikut :



dimana : Fr = Bilangan Fraude N = kecepatan putaran pengaduk D = diameter pengaduk g = percepatan grafitasi Bilangan Fraude bukan merupakan variabel yang signifikan. Bilangan ini hanya diperhitungkan pada sistem pengadukan dalam tangki tidak bersekat. Pada sistem ini permukaan cairan dalam tangki akan dipengaruhi gravitasi, sehingga membentuk pusaran (vortex). Vorteks menunjukkan keseimbangan antara gaya gravitasi dengan gaya inersia.



23



BAB III PENUTUP III.1 Simpulan 1. Agitasi adalah proses penggoyangan ataupun pemutaran yang bertujuan supaya cairan di dalam angki tercampur atau teraduk sampai homogen setelah beberapa lama didiamkan uuk dapat bereaksi dengan emulsi film. 2. Jenis peralatan agitasi secara umum dikelompokan menjadi tiga yaitu pengadukan mekanis, pengadukan hidrolis dan pengadukan pneumatis. 3. Prinsip kerja agitas yaitu pencampuran di dalam tangki pengaduk terjadi karena adanya gerak rotasi dari pengaduk dalam fluida. Gerak pengaduk ini memotong fluida tersebut dan dapat menimbulkan arus yang bergerak keseluruhan sistem fluida



24



tersebut. Proses pengadukan biasanya dilakukan dengan bantuan motor listrik yang memberikan daya terhadap tuas pengaduk untuk bergerak 4. Mekanisme dan cara kerja peralatan didasarkan pada jenis peralatannya sehingga ada beberapa perbedaan dalam cara kerja sesuai dengan desain peralatannya. 5. Fungsi utama agitasi dalam industri kimia adalah untuk homogenisasi, terutama komposisi maupun kalor. Selain itu masih terdapat beberapa fungsi lainnya. 6. Terdapat beberapa contoh persoalan agitasi yang ada di industri kimia yang dapat membantu pemahaman tentang agitasi 7. Variabel yang perlu diperhatikan dalam perancangan agitator yaitu, densiti dan viskositas fluida, jenis pengaduk, kecepatan pengaduk, jumlah pengaduk, laju dan waktu pencampuran, serta kebutuhan daya. III.2 Saran Sebelum merancang agitator yang dibutuhkan dalam suatu proses butuh pemahaman mendasar mengenai agitasi dan beberapa hal yang mempengaruhi perancangannya, sehingga dalam perancangan tidak ditemui kesalahan yang signifikan. Didalam kerja alat agitasi biasanya timbul masalah seperti vorteks yang bisa diatasi dengan pemasangan buffle, sehingga pentingnya memperhatikan variabel-variabel dalam perancangan.



DAFTAR PUSTAKA Abuzar, Suarni S. 2012. Mixing. Universitas Andalas. Padang. Anonim. 2011. Agitasi. http://sakura03.files.wordpress.com/2011/05/agitasi.pptx diakses tanggal 15 Mei 2014 Brown, George. 1958. Unit Operations. Charles Company, Inc. Japan.’ Departemen Teknik Kimia ITB. MODUL 1.09 Tangki Berpengaduk. Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II. http://akademik.che.itb.ac.id/labtek/wp-content/uploads/2012/05/tdk-tangki-berpengaduk.pdf diakses tanggal 10 Mei 2014 http://carapedia.com/pengertian_definisi_operasional_info2037.html diakses tanggal 12 Mei 2014 25



http://www.optimixengineers.com/process-agitator-principles.php diakses tanggal 10 Mei 2014 http://ekokiswantoblog.blogspot.com/2012/06/macam-macam-jenis-pengaduk-impeller.html diakses tanggal 12 Mei 2014 http://en.wikipedia.org/wiki/Industrial_agitator diakses tanggal 11 Mei 2014 http://ilearn.unand.ac.id/pluginmemlifile.php/17956/mod_resource/content/1/Unit %20Operasi%202.pdfg diakses tanggal 13 Mei 2014 http://matekim.blogspot.com/2010/05/mixing.html diakses tanggal 15 Mei 2014 http://mhimns.blogspot.com/2013/04/tangki-berpengaduk.html diakses tanggal 10 Mei 2014 http://photo-analog.forumid.net/t14-agitasi-atau-tanpa-agitasi diakses tanggal 11 Mei 2014 http://users.fsid.cvut.cz/~jiroutom/huo_soubory/huo8a.pdf diakses tanggal 15 Mei 2014 Ikhsan, Diyono dan Suherman, Diktat Operasi Teknik Kimia I, Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro, Semarang) Tim Laboratorium. 2012. Modul Tangki Berpengaduk. Departemen Teknik Kimia ITB. Bandung. Walas, S. M. 1988. Chemical Proses Equipment. Department of Chemical and Petroleum Engineering University of Kansas



26