Laporan Sentrifugasi Saya [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM LABORATORIUM TEKNIK KIMIA 1 SEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2019/2020 MODUL



: Sentrifugasi



PEMBIMBING



: Ir. Emma Hermawati, MT



Oleh Kelompok 2 Bilqish Erawan



171411071



Alya Rahmawati Dewi



181411068



Rivaldhy Haposan Silalahi



181411089



Wina Maulida



181411095



Kelas : 2C



PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2019



I.



PENDAHULUAN



I.1 Latar Belakang Sentrifugasi adalah proses pemisahan dengan memanfaatkan gaya sentrifugal dalam



perangkat yang disebut centrifuge. Centrifuge dapat digunakan untuk



memisahkan slurry (padatan dalam cairan) atau campuran cair-cair yang memiliki massa jenis berbeda. Semakin besar perbedaan massa jenis maka semakin mudah dipisahkan. Sentrifugasi terdiri dari langkah pengendapan dan penyaringan dengan gaya sentrifugal sebagai gaya pendorong. Dalam bentuk yang sederhana centrifuge terdiri atas sebuah rotor dengan lubang-lubang untuk melatakkan wadah tabung yang berisi cairan dan sebuah motor atau alat lain yang dapat memutar rotor pada kecepatan yang dikehendaki I.2 Tujuan 1. Memisahkan minyak dan air pada emulsi minyak dalam air ( santan kelapa ). 2. Mengetahui pengaruh besar gaya sentrifugal, F’c terhadap perbandingan volume perolehan fasa ringan dan berat. 3. Mengetahui pengaruh besar gaya sentrifugal, F’c terhadap tingkat pemisahan. 4. Mengetahui tingkat pemisahan yang dilakukan satu tahap dengan dua tahap pada operasi pemisahan dua fasa cair dengan peralatan sentrifugasi.



II.



LANDASAN TEORI Sentrifugasi adalah proses pemisahan berdasarkan sifat partikel dalam medan gaya sentrifugal dan metode yang umum diterapkan untuk pemisahan dan analisis sel organela dan senyawa-senyawa biomakromolekul berdasarkan adanya daya sedimentasi yang ditimbulkan oleh alat sentrifuge. (Rickwood, 1984) Sentrifugasi adalah metode sedimentasi untuk memisahkan partikel-partikel dari suatu fluida berdasarkan berat jenisnya dengan memberikan gaya sentripetal (Robinson 1975). Sentrifugasi bertujuan untuk memisahkan sel menjadi organelorganel utama sehingga fungsinya dapat diketahui (Miller 2000).



Sentrifugasi menggunakan gaya sentrifugal untuk mempercepat pengendapan padatan-padatan yang terdapat di dalam lumpur. Sistem dewating yang ada dapat berupa solid bowl dan basket centrifuge. (Siregar, 2005) Sentrifugasi memiliki beberapa fungsi dalam proses pemisahan antara lain : 1. Pemisahan dua zat berbeda (padat-cair ; cair-cair-padat atau padat-padat-cair) 2. Mengklarifikasi urutan zat berdasarkan ukuran serta densitas 3. Menghilangkan partikel-partikel asing 4. Memisahkan serta mengurangi jumlah zat cair terhadap zat padat 5. Memisahkan kotoran melalui pencucian atau pengenceran (Repulping) (Nugroho, 2013) Pemisahan sentrifugal menggunakan prinsip dimana objek diputar secara horizontal pada jarak tertentu. Apabila objek berotasi di dalam tabung atau silinder yang berisi campuran cairan dan partikel, maka campuran tersebut dapat bergerak menuju pusat rotasi, namun hal tersebut tidak terjadi karena adanya gaya yang berlawanan yang menuju ke arah dinding luar silinder atau tabung, gaya tersebut adalah gaya sentrifugasi. Gaya inilah yang menyebabkan partikel-partikel menuju dinding tabung dan terakumulasi membentuk endapan. (Zulfikar, 2008) PEMISAHAN DENGAN GAYA SENTRIFUGAL



P rinsip kerja dari sentrifuge adalah menggunakan gaya sentrifugal untuk memisahkan partikel dengan larutannya. Apabila suatu partikel bergerak melingkar dengan radius (r) dan kecepatan anguler (ω), partikel tersebut akan mendapat gaya sentrifugal (fc)



yang besarnya merupakan hasil kali medan sentrifugal (ω2r) dengan masa efektif partikel tersebut (m’). (Rickwood 1984). Gaya sentrifugal dapat dirumuskan sebagai berikut : Fc F ' c= m



Fc F ' c= m



dimana,



F 'c =r ω 2



F ' c =r ω2



F’c : gaya sentrifugal tiap satuan massa



ω=2 π ω=



N 60



π2 N 2 F ' c =r 900



1 πN 30



π2 N 2 2 ω= 900 ω=



Fc : gaya sentrifugal (Newton) (Newton/kg) ω



: kecepatan sudut (rad)



N



: kecepatan putar (rotasi/detik)



r



: jari-jari (m)



m : massa (kg)



1 πN 30 (Tim Penulis, 2016)



Gaya sentrifugal tergantung pada jari-jari dan kecepatan putaran pada masa partikel. Apabila jari-jari dan kecepatan putaran tetap, maka faktor yang perlu diawasi adalah berat partikel, bertambah besar gaya sentrifugal bekerja pada partikel tersebut. Akibatnya apabila dua bahan cair, yang satu dua kali lebih rapat daripada yang lain, diletakkan dalam keranjang diputar pada sumbu tegaknya pada kecepatan yang tinggi, gaya sentrifugal per satuan isi akan dua kali lebih besar pada bahan cair yang lebih berat daripada untuk bahan cair yang lebih ringan. Bahan cair yang lebih berat akan menempati lingkaran keliling bagian luar keranjang dan bagian ini akan menggantikan bahan cair secara sentrifuge. (Earler,1969) Pengendapan mempergunakan gaya gravitasi atau gaya sentrifugal untuk memisahkan partikel dari aliran bahan cair. Pengendapan, paling sering digunakan dalam industri pangan untuk memisahkan kotoran dan kotoran yang lebih besar dari umpan, kristal dari cairan induk dan debu atau hasil berbentuk partikel dari aliran udara (Earler, 1969). Komponen penting alat sentrifugasi yaitu : a. Rotor tempat untuk meletakkan tabung sampel yang akan dipisahkan. Rotor tersebut dihubungkan dengan motor pemutar b. Ruangan (chamber) sentrifuge yang berisi rotor dan motor pemutar c. Tombol pengatur kecepatan, suhu, dan waktu (timer)



Pemisahan antara dua fasa cair yang membentuk emulsi juga dapat dilakukan dengan cara pemberian gaya sentrifugal. Gaya ini berfungsi ganda, yaitu sebagai perusak sistem emulsi dan memisahkan kedua fasa cairnya. Peralatan sentrifugasi untuk memisahkan dua fasa cair dapat dikelompokkan menjadi dua tipe, yaitu tubular centrifuge dan disk bowl centrifuge.



Tubular Centrifuge



Disk Bowl Centrifuge



Centrifuge yang digunakan dalam percobaan ini adalah disc bowl yang beroperasi secara batch. Alat ini terdiri dari piringan-piringan berbentuk mangkok tersusun membentuk satu kesatuan. Tiap piringan terdapat lubang kecil ditengah untuk jalannya umpan, sedangkan piringan mangkok membentuk celah sebagai jalan keluar untuk masing-masing cairan yang mengandung berat jenis berbeda, setelah dikenai gaya sentrifugal. Perolehan dari masingmasing celah akan terkumpul dan keluar dari dua jalan yang berbeda. (Tim Penulis, 2016)



III. III.1



PERCOBAAN Alat dan Bahan Alat pendukung : 



Beaker plastic 2000 mL







Piknometer







Gelas Kimia







Timbangan Analitik



Bahan yang digunakan : 



Santan ±8 L



Rangkaian Disk Bowl Centrifuge



FT 15 Disc Bowl Centrifuge



III.2



Langkah Kerja 1. Bagian – bagian alat centrifuge dibersihkan atau dicuci dan dikeringkan terlebih dahulu sebelum digunakan. 2. Bagian- bagian alat centrifuge disusun sedemikian rupa seperti pada gambar 3. Siapkan santan sebanyak 2 liter. 4. Tutup lubang pada penampung centrifuge, kemudian tuangkan santan ke dalam penampung (receiving vessel). 5. Letakkan 2 beaker plastik pada masing-masing saluran keluaran, bagian bawah adalah heavy liquid dan bagian atas adalah light liquid. 6. Nyalakan alat centrifuge, tunggu ±6 menit atau sampai suara centrifuge stabil, lalu buka lubang bejana centrifuge tunggu hingga dari aliran heavy liquid dan light liquid tidak ada yang menetes lagi yang menandakan bahwa santan dalam penampung sudah habis. 7. Catat suhu, volume, dan densitas masing masing keluaran. 8. Campurkan kembali santan hasil penampungan dari saluran heavy dan light liquid, lalu masukan ke dalam penampung. Lakukan kembali sentrifugasi dengan



kecepatan yang berbeda. Skala kecepatan yang digunakan bervariasi dalam beberapa run, misal 4,8, dan 10 atau sesuai tugasdari pemimping. 9. Setelah selesai, bongkar semua alat lalu bersihkan. 3.3 Tabel Data N



ρ umpan



ρ light



ρ heavy



V light



V heavy



Rpm



g/ml



g/ml



g/ml



ml



ml



0,996



1,072



442



1334



1,012



1,036



500



1455



0,988



1,068



528



1275



0,984



1,080



1420



50



1224 1824



1,072



3665 4024



IV.



0,999



KESELAMATAN KERJA Percobaan menggunakan putaran tinggi, pastikan semua pemasangan, perakitan alat sebelum beroperasi telah dilakukan dengan baik untuk menghindari adanya komponen alat yang terlepas, terpelanting yang berpotensi melukai diri.



V.



PENGOLAHAN DATA 5.1 Perhitungan (Gunakan satuan SI) Menghitung besar gaya sentrifugal (Fc) pada berbagai kecepatan putar Rumus (Fc) = ρ V r ¿)2, dengan r = 0,046 m Penentuan gaya sentrifugal pada light RUN 1 ρ light : 0,996 gr/ml V light : 442 ml N : 1224 rad/s Fc light = 0,996. 442. 0,046 ¿)2 = 332367,8913 N



RUN 2



ρ light : 1,012 gr/ml V light : 500 ml N : 1824 rad/s Fc light = 1,012. 500. 0,046 ¿)2 = 848349,4902 N RUN 3 ρ light : 0,988 gr/ml V light : 528 ml N : 3665 rad/s Fc light = 0,988. 528. 0,046 ¿)2 = 3531127,861 N Penentuan gaya sentrifugal pada heavy RUN 1 ρ heavy : 1,072 gr/ml V heavy : 1334 ml N : 1224 rad/s Fc heavy = 1,072. 1334. 0,046 ¿)2 = 1079662,629 N RUN 2 ρ heavy : 1,036 gr/ml V heavy : 1455 ml N : 1824 rad/s Fc heavy = 1,036. 1455. 0,046 ¿)2 = 2527243,191 N RUN 3 ρ heavy : 1,068 gr/ml V heavy : 1275 ml N : 3665 rad/s Fc heavy = 1,068. 1275. 0,046 ¿)2 = 9217306,174 N Campuran fasa light RUN 1-3 ρ light : 0,984 gr/ml V light : 1420 ml N : 4024 rad/s Fc light = 0,984. 1420. 0,046 ¿)2 = 11401815,4 N ρ heavy : 1,080 gr/ml V heavy : 50 ml



N : 4024 rad/s Fc heavy = 1,080. 50. 0,046 ¿)2 = 440640,4096 N 5.2 Tabel Data Hasil Perhitungan Data ρ light



ρ heavy



Fc light



Fc heavy



g/ml



g/ml



N



N



RUN 1



0,996



1,072



332367,8913



1079662,629



RUN 2



1,012



1,036



848349,4902



2527243,191



RUN 3



0,988



1,068



3531127,861



1275



0,984



1,080



11401815,4



440640,4096



RUN



Campuran fasa light dari run 1-3



RUN



V light



V heavy



ml



ml



RUN 1 RUN 2 RUN 3 Campuran



442 500 528



1334 1455 1275



fasa light dari



1420



50



run 1-3



Perbandingan V heavy/V light 3,01 2,91 2,41 0,03



Kurva Hubungan Antara Gaya Sentrifugal Fc, Terhadap Perbandingan Volume Light Liquid Dan Heavy Liquid RUN RUN 1 RUN 2 RUN 3 Campuran fasa light dari run 1-



Fc light



Fc heavy



Perbandingan



N 332367,8913 848349,4902 3531127,861



N 1079662,629 2527243,191 1275



V heavy/V light 3,01 2,91 2,41 0,03



11401815,4



440640,4096



3



gaya sentrifugal Fc terhadap perbandingan v heavy/ v light 12000000 f(x) = − 3641446.22 x + 11639037.75 R² = 0.99



10000000



Fc light



8000000 6000000 4000000 2000000 0 0



0.5



1



1.5



2



Perbandingan V heavy/V light



2.5



3



3.5



gaya sentrifugal Fc terhadap perbandingan v heavy/v light 3000000 2500000



Fc heavy



2000000 1500000 f(x) = 368012.17 x + 243059.87 R² = 0.22



1000000 500000 0 0



0.5



1



1.5



2



2.5



3



Perbandingan V heavy/V light



Grafik gaya sentrifugal terhadap volume light dan heavy yang dihasilkan V light



V heavy



Fc light



Fc heavy



ml



ml



N



442



1334



N 332367,891



500



1455



528



1275



1420



50



3 848349,490 2 3531127,86 1 11401815,4



1079662,629 2527243,191 1275 440640,4096



3.5



Grafik gaya sentrifugal terhadap volume light dihasilkan 12000000 f(x) = 10703.03 x − 3704525.87 R² = 0.95



10000000



Fc light



8000000 6000000 4000000 2000000 0 200



400



600



800



1000 1200 1400 1600



V light



Grafik gaya sentrifugal terhadap volume heavy dihasilkan 3000000 2500000



Fc heavy



2000000 1500000 f(x) = 755.23 x + 235454.22 R² = 0.2



1000000 500000 0 0



200



400



600



800



1000



1200



1400



1600



V heavy



Grafik gaya sentrifugal terhadap densitas light dan heavy yang dihasilkan ρ light



ρ heavy



Fc light



Fc heavy



g/ml



g/ml



N



0,996



1,072



N 332367,891



1,012



1,036



0,988



1,068



0,984



1,080



3 848349,490 2 3531127,86 1 11401815,4



1079662,629 2527243,191 1275 440640,4096



Grafik gaya sentrifugal terhadap densitas light 12000000 10000000



Fc light



8000000 f(x) = − 294312076.53 x + 296868931.3 R² = 0.51



6000000 4000000 2000000 0 0.98



0.99



0.99



1



1



1.01



1.01



1.02



Densitas light yang dihasilkan



Grafik gaya sentrifugal terhadap densitas heavy 3000000 2500000



Fc heavy



2000000



f(x) = − 49169787.29 x + 53328858.98 R² = 0.74



1500000 1000000 500000 0 1.03



1.04



1.05



1.06



1.07



Densitas heavy yang dihasilkan



1.08



1.09



VI. PEMBAHASAN Sentrifugasi adalah proses pemisahan dengan menggunakan gaya sentrifugal sebagai driving force. Gaya sentifugal adalah gaya yang terjadi akibat adanya putaran, arah gayanya adalah dari titik pusat putaran keluar menuju jari-jari luar. Pemisahan dengan metode sentrifugasi dapat dilakukan terhadap fasa padat-cair tersuspensi maupun campuran berfasa cair-cair. Pada pemisahan cair-cair dapat dilakukan apabila kedua cairan mempunyai perbedaan massa jenis. Cairan dengan massa jenis besar disebut heavy phase, sedangkan cairan dengan massa jenis lebih kecil disebut light phase. Semakin besar perbedaan massa jenis dari kedua cairan akan semakin mudah untuk dipisahkan dengan metode sentrifugasi. Berarti, akan semakin kecil energi yang diperlukan untuk proses pemisahannya. Pada praktikum ini, material yang dipisahkan adalah minyak dan air dalam santan kelapa (fasa cair teremulsi). Pemisahan yang dilakukan adalah sentrifugasi cair-cair dimana minyak sebagai light phase, sedangkan air sebagai heavy phase. Alat yang digunakan dalam praktikum ini adalah disc bowl centrifuge yang beroperasi secara batch pada tekanan atmosfer. Alat ini terdiri dari piringan – piringan berbentuk mangkok tersusun membentuk satu kesatuan. Tiap piringan terdapat lubang kecil ditengah untuk jalannya umpan, sedangkan piringan mangkok membentuk celah sebagai jalan keluar untuk masing-masing cairan yang mengandung berat jenis berbeda, setelah dikenai gaya sentrifugal. Perolehan dari masingmasing celah akan terkumpul dan keluar dari dua jalan yang berbeda. Minyak sebagai light phase akan keluar dibagian atas, sedangkan air sebagai heavy phase keluar dibagian bawah. Secara fisik light phase mempunyai warna cairan putih, terang dan kental. Sedangkan heavy phase mempunyai warna relatif lebih bening. Dilakukan pemisahan dengan variasi kecepatan putaran untuk mengetahui pengaruh percepatan / gaya sentrifugal terhadap perolehan dari masing-masing fasa (produk). Berdasarkan literatur kecepatan putaran berbanding lurus dengan percepatan dan gaya sentrifugal. Sehingga semakin besar kecepatan putaran maka semakin besar pula gaya sentrifugal yang diberikan untuk melakukan proses pemisahan. Gaya sentrifugal berfungsi sebagai perusak sistem emulsi dan memisahkan kedua fasa cairnya. Berdasarkan grafik besar gaya sentrifugal terhadap volume fasa light dan fasa heavy dapat diketahui bahwa gaya sentrifugal berbanding lurus dengan volume yang diperoleh. Semakin besar gaya semtrifugal fasa light maka volume fasa light akan semakin besar, begitu pula sebaliknya. Dapat diketahui pula bahwa semakin besar gaya sentrifugal yang diberikan



maka perbandingan volume fasa heavy dengan volume fasa light yang diperoleh semakin besar. Yang artinya, semakin besar gaya sentrifugal yang diberikan maka semakin baik proses pemisahannya. Sehingga dapat dikatakan bahwa hasil percobaan sudah sesuai dengan literatur yang sudah ada. Berdasarkan grafik besar gaya sentrifugal terhadap massa jenis fasa light dapat diketahui bahwa semakin besar gaya sentrifugal yang diberikan maka semakin kecil massa jenis fasa light yang diperoleh. Yang artinya semakin besar gaya sentrifugal yang diberikan maka minyak yang diperoleh dari proses pemisahan relatif lebih murni. Massa jenis fasa light (minyak) yang rendah menunjukkan bahwa kandungan fasa heavy (air) dalam fasa light tersebut relative rendah. Selanjutnya, light phase dari tiap run pada praktikum ini disatukan untuk kemudian dipisahkan kembali. Dari pemisahan tahap dua ini didapatkan light phase yang lebih murni, lebih kental dan putih. Secara teoritis semakin murni minyak yang diperoleh dari proses pemisahan maka nilai massa jenis dari minyak tersebut akan semakin kecil. Light phase yang diperoleh pada pemisahan tahap dua ini memiliki massa jenis sebesar 0,984 gr/ml . Massa jenis fasa light yang diperoleh pada proses pemisahan dua tahap relatif lebih kecil dibandingkan dengan massa jenis fasa light yang diperoleh pada proses pemisahan satu tahap. Secara teoritis minyak nabati pada umumnya memiliki densitas antara 0,86-0,90 gr/ml. Oleh karena itu , jika minyak yang diingin dari praktikum ini sesuai dengan standar maka diperlukan proses pemisahan lanjutan. Semakin banyak tahapan pemisahan yang dilakukan maka semakin murni minyak yang diperoleh.



VII. SIMPULAN 1. Semakin besar gaya semtrifugal fasa light maka volume fasa light akan semakin besar, begitu pula sebaliknya. 2. Semakin banyak tahapan pemisahan yang dilakukan maka semakin murni minyak yang diperoleh. 3. Semakin besar gaya sentrifugal yang diberikan maka semakin kecil massa jenis fasa light yang diperoleh



PUSTAKA 



Djauhari, A., 2002,”Peralatan Kontak dan Pemisah Antar Fasa “, Diktat Kuliah, hal 3-5, Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.







Team Lab Satuan Operasi, 2004, “Sentrifugasi”, Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Bandung, Bandung.







Warren, L., Cabe, Mc., Smith, J. C., Harriot, P., 198 “Unit Operations of Chemical Engineering”, 4 rd, pp Mc Graw-Hill, Book Company, USA.