MIXING [PDF]

Citation preview

LAPORAN LENGKAP PRAKTIKUM MEKANIKA FLUIDA DAN PARTIKEL



NAMA PERCOBAAN



: ALAT PENCAMPURAN FLUIDA



HARI / TGL PERCOBAAN



: SABTU/ 16 NOVEMBER 2019



KELOMPOK



: A-7 (A-TUJUH)



NAMA/NIM



: 1. M. FIKRI DIMAS PRATAMA/180405008 2. MICHAEL L. SAMOSIR/180405066



LABORATORIUM OPERASI TEKNIK KIMIA DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2019



DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



LEMBAR PENGESAHAN



No. Dokumen Edisi Revisi Berlaku Efektif Halaman



: : : : :



FM-GKM-FT-TK- 024-01 01 01 12 Desember 2007 1/1



LABORATORIUM OPERASI TEKNIK KIMIA MODUL PRAKTIKUM KELOMPOK NAMA/NIM



: ALAT PENCAMPURAN FLUIDA : A–7 (A-TUJUH) : 1. M. FIKRI DIMAS PRATAMA/180405008 2. MICHAEL L. SAMOSIR/180405066 HARI/TGL. PRAKTIKUM : SABTU/16 NOVEMBER 2019



Medan, 2019 Dosen Pembimbing



(Dr. Ir. Taslim, M.Si.)



Dokumen ini milik Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara Dilarang memperbanyak atau menggunakan informasididalamnya untukkeperluankomersialatau yang lainnya tanpa persetujuan pemilik dokumen ini.



DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



LEMBAR PENGESAHAN



No. Dokumen Edisi Revisi Berlaku Efektif Halaman



: : : : :



FM-GKM-FT-TK- 024-02 01 01 12 Desember 2007 1/1



LABORATORIUM OPERASI TEKNIK KIMIA MODUL PRAKTIKUM KELOMPOK NAMA/NIM



: ALAT PENCAMPURAN FLUIDA : A-7 (A-TUJUH) : 1. M. FIKRI DIMAS PRATAMA/180405008 2. MICHAEL L. SAMOSIR/180405066 HARI/TGL. PRAKTIKUM : SABTU/16 NOVEMBER 2019



Medan,



2019 Asisten



(Sobri Wardana) Dokumen ini milik Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara Dilarang memperbanyak atau menggunakan informasi di dalamnya untuk keperluan komersial atau yang lainnya tanpa persetujuan pemilik dokumen ini.



DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



LEMBAR PENUGASAN



No. Dokumen Edisi Revisi Berlaku Efektif Halaman



: : : : :



FM-GKM-FT-TK- 024-03 01 01 12 Desember 2007 1/1



LABORATORIUM OPERASI TEKNIK KIMIA MODUL PRAKTIKUM KELOMPOK NAMA/NIM



: ALAT PENCAMPURAN FLUIDA : A-7 (A-TUJUH) : 1. M. FIKRI DIMAS PRATAMA/180405008 2. MICHAEL L. SAMOSIR/180405066 HARI/TGL. PRAKTIKUM : SABTU/16 NOVEMBER 2019 1. Bahan : Rimbang (500 gram) Minyak Makan (1 Liter) Pewarna Ungu 2. Jenis Impeller : Paddle Propeller 3. Variasi Percobaan Pola Aliran Kecepatan Posisi Pengaduk Dispersi Padatan Variasi Kecepatan



= 280 rpm = 2/5



= (295; 310; 325) rpm (posisi pengaduk 2/5, massa padatan 28 gram). - Variasi Fraksi Padatan = (14; 28; 32) gram (kecepatan 280 rpm, posisi pengaduk 2/5). - Variasi Posisi Pengaduk = (1/5; 2/5; 3/5) (kecepatan 280 rpm, massa padatan 28 gram). Cairan Saling Tidak Larut Posisi Pengaduk = 2/5 Variasi Kecepatan = (295; 310; 325) rpm Medan, 14 November 2019 Asisten



(Sobri Wardana) Dokumen ini milik Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara Dilarang memperbanyak atau menggunakan informasi di dalamnya untuk keperluan komersial atau yang lainnya tanpa persetujuan pemilik dokumen ini.



DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



LEMBAR DATA



No. Dokumen Edisi Revisi Berlaku Efektif Halaman



: : : : :



FM-GKM-FT-TK- 024-04 01 01 12 Desember 2007 1/5



LABORATORIUM OPERASI TEKNIK KIMIA MODUL PRAKTIKUM KELOMPOK NAMA/NIM



: ALAT PENCAMPURAN FLUIDA : A-7 (A-TUJUH) : 1. M. FKRI DIMAS PRATAMA/180405008 2. MICHAEL L. SAMOSIR/180405066 HARI/TGL. PRAKTIKUM : SABTU/16 NOVEMBER 2019 1. Pola Aliran Jenis Impeller



Kecepatan (rpm)



Paddle



280



Gambar Pola Aliran Tanpa Sekat



Dengan Sekat



4,7 cm



Radial



Turbin



280



Aksial



6,0 cm



Radial



Aksial



Dokumen ini milik Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara Dilarang memperbanyak atau menggunakan informasi di dalamnya untuk keperluan komersial atau yang lainnya tanpa persetujuan pemilik dokumen ini.



DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA No. Dokumen Edisi Revisi Berlaku Efektif Halaman



LEMBAR DATA



: : : : :



FM-GKM-FT-TK- 024-04 01 01 12 Desember 2007 2/5



2. Dispersi Padatan 2.1 Dispersi Kecepatan dengan Variasi Kecepatan Waktu Jenis Sekat Kecepatan Impeller Pencampuran (detik) 295 Tanpa Sekat



310 325



Vorteks (cm)



Keterangan Kawasan Terdispersi Mati



9,85



7,5



Tidak ada



Tidak



10,14



8,3



Tidak ada



Sebagian



17,1



7,9



Tidak ada



Sebagian



9,48



-



9,78



-



Ada



Sebagian Sebagian



9,17



-



Ada



Sebagian Sebagian



21,5



6



Ada



Terdispersi Sebagian



11,6



6,6



Ada



Terdispersi Sebagian



17,03



6,9



Ada



Sebagian Terdispersi



8,8



-



Tidak ada



Terdispersi Sebagian



11,5



-



Tidak ada



Terdispersi Tidak



19,3



-



Tidak ada



Sebagian Terdispersi



Paddle 295 Dengan Sekat



310 325



295 Tanpa Sekat



310 325



Tidak ada



Sebagian Sebagian



Propeller 295 Dengan Sekat



310 325 Keterangan : Posisi Pengaduk



= 4/8



Fraksi Massa



= 28 gram



Dokumen ini milik Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara Dilarang memperbanyak atau menggunakan informasi di dalamnya untuk keperluan komersial atau yang lainnya tanpa persetujuan pemilik dokumen ini.



DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA No. Dokumen Edisi Revisi Berlaku Efektif Halaman



LEMBAR DATA



2.2 Dispersi Padatan Variasi Posisi Pengaduk Posisi Waktu Jenis Sekat Pencampuran Pengaduk Impeller (detik) (C/H) 3/8 Tanpa Sekat



4/8 5/8



Vorteks (cm)



: : : : :



FM-GKM-FT-TK- 024-04 01 01 12 Desember 2007 3/5



Keterangan Kawasan Terdispersi Mati



2,5



5,8



Ada



Sebagian



3,0



6,6



Ada



Sebagian



3,3



6,4



Ada



Sebagian



2,5



-



Ada



Sebagia Sebagian



2,7



-



Ada



2,8



-



Ada



Terdispersi Sebagian Sebagian Terdispersi Sebagian Sebagian



2,4



6,5



Ada



Sebagian



2,6



6,4



Ada



Sebagian



2,8



7,0



Tidak ada



Tidak



2,6



-



Ada



Sebagian



2,8



-



Ada



Sebagian



3,2



-



Ada



Tidak



Paddle 3/8 Dengan Sekat



4/8 5/8



3/8 Tanpa Sekat



4/8 5/8 Turbine 3/8 4/8



Dengan Sekat



5/8 Keterangan : Fraksi Massa



= 20 gram



Kecepatan



= 280 rpm



Dokumen ini milik Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara Dilarang memperbanyak atau menggunakan informasi di dalamnya untuk keperluan komersial atau yang lainnya tanpa persetujuan pemilik dokumen ini.



\



DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA No. Dokumen Edisi Revisi Berlaku Efektif Halaman



LEMBAR DATA



2.3 Dispersi Padatan Variasi Fraksi Padatan Fraksi Waktu Jenis Padatan Sekat Pencampuran Impeller (g) (detik) 14 Tanpa Sekat



28 32



Vorteks (cm)



: : : : :



FM-GKM-FT-TK- 024-04 01 01 12 Desember 2007 4/5



Keterangan Kawasan Terdispersi Mati



1,9



6,5



Ada



Tidak



2,2



6,3



Ada



Tidak



2,4



6



Ada



Sebagian



2,3



-



Ada



Sebagian



2,7



-



Ada



3,3



-



Ada



2,4



7,0



Ada



Tidak



2,7



6,8



Ada



Tidak



2,8



7,1



Ada



Sebagian



2,9



-



Ada



Tidak



3,0



-



Ada



Tidak



3,9



-



Ada



Tidak



Paddle 14 Dengan Sekat



28 32



14 Tanpa Sekat



28 32



Tidak Tidak



Turbine 14 Dengan Sekat



28 32 Keterangan : Posisi Pengaduk



= 4/8



Kecepatan



= 280 rpm



Dokumen ini milik Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara Dilarang memperbanyak atau menggunakan informasi di dalamnya untuk keperluan komersial atau yang lainnya tanpa persetujuan pemilik dokumen ini.



DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA No. Dokumen Edisi Revisi Berlaku Efektif Halaman



LEMBAR DATA



: : : : :



FM-GKM-FT-TK- 024-04 01 01 12 Desember 2007 5/5



3. Pencampuran Cairan yang Tidak Saling Melarut Kecepatan



Jenis Jenis impeller Impeller



Sekat



295 Tanpa



310



sekat



300 Paddle 260 280



Dengan Sekat



300 260



280 300 260 280 300



Tanpa sekat



Waktu Pencampuran (detik) 6,3 5,9



7



Heterogen



5,8



7,8



Homogen



5,2



Homogen



4,7



Homogen



4,2



Homogen



6,2



7,2



Homogen



5,9



7,3



Homogen Homogen



5,5



7,4



Homogen Homogen Homogen



4,3 Dengan Sekat



Keterangan Vorteks Kehomogenan (cm) 6,4 Heterogen



4,1 3,7



Keterangan : Posisi Pengaduk = 2/5



Medan, 16 November 2019 Asisten



(Sobri Wardana)



Dokumen ini milik Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara Dilarang memperbanyak atau menggunakan informasi di dalamnya untuk keperluan komersial atau yang lainnya tanpa persetujuan pemilik dokumen ini.



BAB I PENDAHULUAN 1.1



Latar Belakang Pencampuran adalah kombinasi dari dua atau lebih zat berbeda yang



menghasilkan produk fisik dan kimia homogen yang ideal. Waktu pencampuran adalah penentu signifikan untuk campuran fasa serta parameter dalam interpretasi fenomena. Metode pengukuran waktu pencampuran dibagi dalam dua kelompok: fisik dan kimia. Perbandingan waktu pencampuran sangat tergantung pada definisi, metode pengukuran, non-homogen, jenis probe dan alat-alat yang dipasang. (Ahangari, dkk., 2016). Agitator adalah salah satu bagian penting dalam proses pencampuran. Pencampuran yang tepat dan seragam memberikan kualitas produk yang lebih baik. Desain agitator mempengaruhi proses pencampuran karena desain yang tepat dapat meningkatkan pencampuran dan distribusi seragam semua aditif, bahan kimia, bahan baku yang ada dalam pulp. (Shastri dan Borkar, 2015). Pencampuran adalah kunci dan proses umum untuk meningkatkan homogenitas dan keseragaman sistem. Pencampuran sering dilakukan dalam dua kondisi fasa, yaitu fasa cair-padat dan fasa cair-cair. Karena pentingnya pemahaman tentang proses pencampuran dengan mengingat aplikasi yang begitu luas dalam bidang industry maka perlu dilakukan suatu percobaan dengan tujuan untuk mengamati berbagai pola aliran yang dapat diperoleh melalui penggunaan impeller yang berbedabeda dan dilengkapi dengan sekat atau tanpa sekat dan dapat mengamati pengaruh jenis impeller dan sekat terhadap kecepatan disperse padatan, serta keefektifan pencampuran cairan yang tidak saling melarut.



1.2



Perumusan Masalah Permasalahan yang dirumuskan dalam percobaan ini adalah bagaimana cara



mengamati berbagai pola aliran yang dapat diperoleh melalui penggunaan impeller yang berbeda-beda dan dilengkapi dengan sekat atau tanpa sekat, mengamati pengaruh jenis impeller dan sekat terhadap kecepatan disperse padatan di dalam cairan,



mengamati pengaruh jenis impeller dan sekat terhadap keefektifan pencampuran cairan yang tidak saling melarut.



1.3



Tujuan Percobaan Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengamati berbagai pola aliran yang



dapat diperoleh melalui penggunaan impeller yang berbeda-beda dan dilengkapi dengan sekat atau tanpa sekat, mengamati pengaruh jenis impeller dan sekat terhadap kecepatan disperse padatan di dalam cairan, mengamati pengaruh jenis impeller dan sekat terhadap keefektifan pencampuran cairan yang tidak saling melarut.



1.4



Manfaat Percobaan Adapun manfaat dari percobaan ini adalah praktikan dapat mengamati berbagai



pola aliran yang dapat diperoleh melalui penggunaan impeller yang berbeda-beda dan dilengkapi dengan sekat atau tanpa sekat, mengamati pengaruh jenis impeller dan sekat terhadap kecepatan disperse padatan di dalam cairan, mengamati pengaruh jenis impeller dan sekat terhadap keefektifan pencampuran cairan yang tidak saling melarut.



1.5



Ruang Lingkup Percobaan Praktikum Mixing ini dilakukan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia,



Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara . Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah air dan pewarna kuning, jagung, dan minyak dexlite. Sedangkan alat yang digunakan diantaranya 2 jenis impeller yaitu paddle dan turbin disk, beaker glass bersekat dan beaker glass tidak bersekat, motor, statif dan klem. Pada prosedur A (pola aliran) dilakukan percobaan dengan kecepatan 250 rpm dan posisi pengaduk 2/4. Pada prosedur B (dispersi padatan) dilakukan percobaan pada variasi kecepatan (290; 310; 330) rpm dengan posisi pengaduk 2/5 dan massa padatan 18 gram. Pada varisi fraksi padatan (12; 18; 24) gram dengan kecepatan 310 rpm dan posisi pengaduk 2/5. Pada variasi posisi pengaduk (1/5; 2/5; 3/5) dengan kecepatan 310 rpm dan fraksi padatan 18 gram. Pada prosedur C (cairan yang tidak saling melarut) dilakukan percobaan dengan variasi kecepatan (290; 310; 330) rpm dengan posisi pengaduk 2/5.



BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pencampuran (Mixing) Mixing berfungsi mencampur secara homogen semua bahan untuk mendapatkan hidrasi yang sempurna, dimana proses mixing tergantung pada alat yang digunakan dan kecepatan pencampuran (Gulo, 2008). Proses pencampuran bergantung kepada berbagai parameter seperti waktu, temperatur, urutan pemasukan bahan, komosisi bahan dan laju geser (Iriany, 2006). Secara ideal, proses pencampuran dimulai dengan mengelompokkan masing masing komponen pada beberapa wadah yang berbeda sehingga masih tetap terpisah satu sama lain dalam bentuk komponen-komponen murni. Jadi apabila contoh diambil dari tiap-tiap wadah, setelah dianalisa, maka akan terlihat keseragaman jenis komponen-komponen tersebut. Ketika proses pencampuran dilakukan, contoh akan meningkatkan proporsi salah satu komponen daripada proporsi yang diperkirakan dari seluruh proporsi dalam wadah. Pencampuran yang sempurna kemudian dapat didefenisikan bahwa besar proporsi masing-masing komponen dalam campuran sama. Kenyataannya, keadaan ini hanya dapat dicapai oleh beberapa pengelompokan yang teratur dan merupakan hasil yang paling memungkinkan dari setiap proses pencampuran (Bangun, 2009).



2.2 Pengadukan (Agitasi) Pengadukan zat cair dilakukan untuk berbagai maksud bergantung dari tujuan langkah pengolahan itu sendiri. Pengadukan zat cair dilakukan untuk berbagai tujuan, antara lain : a)



Membuat suspensi partikel zat padat



b) Untuk meramu zat cair yang mampu campur (miscible), sebagai contoh metil alkohol dengan air c)



Untuk mendispersikan (menyebarkan) gas dalam zat cair dalam bentuk gelembung-gelembung kecil.



d) Untuk menyebarkan zat cair yang tidak dapat campur sehingga membentuk emulsi atau suspensi partikel halus pada kedua zat cair inmiscible tersebut. e)



Untuk mempercepat perpindahan kalor antara zat cair baik sesama bahan dengan menyuplai panas yang ada dalam tangki pencampuran tersebut



f)



Kadang kala pengaduk (agitator) digunakan untuk berbagai tujuan sekaligus, misalnya dalam hidrogenisasi katalitik pada zat cair.



(Mc. Cabe W.L, 1999)



2.3 Jenis–Jenis Impeller Impeller akan membangkitkan pola aliran di dalam sistem yang mengakibatkan larutan bersirkulasi. Ada dua jenis impeller bila ditinjau dari segi aliran yang dibasilkan:



a)



Impeller aliran aksial (axial flow impeller): impeller jenis ini akan membangkitkan arus sejajar dengan sumbu poros impeller.



b) Impeller aliran radial (radial flow impeller): impeller aliran radial akan membangkitkan arus pada arah tangensial atau radial. (Effendi dan Nuri, 1996) Dari segi bentuknya ada tiga jenis impeller, yaitu propeller (baling-baling), dayung (paddle), dan turbin. 1.



Propeller / Baling-baling Propeller merupakan impeller aliran aksial berkecepatan tinggi untuk zat cair berviskositas rendah. Propeller kecil biasanya berputar pada kecepatan motor penuh, yaitu 1150-1750 putaran/menit, sedang propeller besar berputar pada 400-800 putaran/menit. Arus yang meninggalkan propeller mengalir melalui zat cair menurut arah tertentu sampai dibelokkan oleh lantai atau dinding bejana. Jenis yang paling banyak dipakai adalah propeller kapal berdaun tiga, sedang propeller berdaun empat, bergigi, atau dengan rancang lain digunakan untuk tujuantujuan khusus. Selain itu, kadang dua atau lebih propeller dipasang pada satu poros, biasanya dengan arah putaran yang sama. Namun bisa juga dipasang dengan arah yang berlawanan, atau secara tolak/tarik sehingga menciptakan zona fluida yang sangat turbulen di antara kedua propeller tersebut.



2.



Dayung Untuk tugas-tugas sederhana, impeller yang terdiri dari beberapa dayung datar yang berputar pada poros vertikal merupakan pengaduk yang cukup efektif. Desain daun-daunnya bisa dibuat miring, atau vertikal. Dayung ini berputar di tengah bejana dengan kecepatan rendah sampai sedang, dan mendorong zat cair secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya gerakan vertikal pada impeller kecuali bila daunnya agak miring. Arus yang terjadi bergerak keluar kearah dinding lalu membelok ke atas atau ke bawah. Pada tangki-tangki yang dalam, kadangkadang dipasang beberapa dayung pada satu poros. Dalam beberapa rancangan, daunnya disesuaikan dengan bentuk dasar bejana, yang mungkin bulat atau cekung, sehingga diharapkan dapat mengikis atau menyapu seluruh permukaan. Pada kecepatan yang rendah, dayung memberikan efek pengadukan sedang (medium) pada bejana tanpa sekat, namun untuk kecepatan yang lebih tinggi diperlukan pemakaian sekat, sebab jika tidak zat cair akan berputarputar saja mengelilingi bejana tanpa adanya pencampuran.



3.



Turbin Pada dasarnya, turbin menyerupai dayung berdaun banyak dengan daun-daunnya yang agak pendek dan berputar pada kecepatan tinggi pada suatu poros yang di pasang di pusat bejana. Daun-daunnya bisa lurus atau lengkung, bisa bersudut atau vertikal. Diameter impellernya biasa lebih kecil dari diameter dayung, yaitu berkisar antara 30 % - 50 % dari diameter bejana. Turbin



biasanya efektif untuk menjangkau viskositas yang cukup luas. Di dekat impeller akan terdapat zona arus deras yang sangat turbulen dengan geseran yang kuat. Arus utamanya bersifat radial dan tangensial. Komponen tangensialnya menimbulkan vortex (cekungan) dan arus putar, yang harus dihentikan dengan menggunakan sekat atau diffuser agar impeler itu menjadi sangat efektif (Purwanto, 2008).



Gambar 2.1 Jenis Impeller (a) Baling (b) Paddle/Dayung (c) Disk Turbin (Purwanto, 2008)



2.4 Pola Aliran Jenis aliran di dalam bejana yang sedang diaduk bergantung pada jenis impeler, karakteristik fluida, ukuran dimensi (proporsi) tangki, sekat dan kecepatan putar (Purwanto, 2008). Kecepatan fluida pada setiap titik dalam tangki mempunyai tiga komponen arah dan pola alir keseluruhan di dalam tangki itu bergantung pada variasi dari ketiga komponen arah kecepatan tersebut dari satu lokasi ke lokasi lain. 1.



Komponen kecepatan yang pertama adalah komponen radial yang bekerja pada arah tegak lurus terhadap poros impeller.



2.



Komponen kedua ialah komponen longitudinal yang bekerja pada arah pararel dengan poros.



3.



Komponen ketiga adalah komponen tangensial atau rotasional yang bekerja pada arah singgung terhadap lintasan lingkar di sekeliling poros. Dalam keadaan biasa, dimana poros impeller terpasang vertikal, komponen radial dan tangensial berada dalam satu bidang horizontal dan komponen longitudinalnya vertikal. Kompanen radial dan longitudinal sangat aktif dalam memberikan ajaran yang diperlukan untuk melakukan pelarutan. Bila poros vertikal dan terletak tepat di pusat tangki, komponen tangensial biasanya kurang menguntungkan. Arus tangensial mengikuti suatu lintasan berbentuk lingkaran di sekeliling poros dan menimbulkan vortex pada permukaan larutan (Effendi dan Nuri, 2006).



(a)



(b) Gambar 2.2 Jenis Aliran (a) Aksial (b) Radial (Cheremisinoff, 2000)



2.5 Vortex Vortex adalah massa fluida yang partikel-partikelnya bergerak berputar dengan garis arus (streamline) membentuk lingkaran konsentris. Gerakan vortex berputar disebabkan oleh adanya perbedaan kecepatan antar lapisan fluida yang berdekatan. Dapat diartikan juga sebagai gerak alamiah fluida yang diakibatkan oleh parameter kecepatan dan tekanan. Vortex sebagai pusaran yang merupakan efek dari putaran rotasional dimana viskositas berpengaruh didalamnya. Sebuah vortex mewakili sebuah aliran yang garis-garis arusnya adalah lingkaran-lingkaran sepusat (konsentris). Aliran vortex awalnya dianggap sebagai kerugian dalam suatu aliran fluida. Belakangan ini prinsip aliran vortex digunakan untuk pengembangan teknologi penegeboran minyak, pemisahan partikel ataupun material padatan dengan cairan, industri kimia dan lain sebagainya. Pergerakan aliran fluida dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu: 1.



Translasi murni atau translasi irrotasional



2.



Rotasi murni atau translasi rotasional



3.



Distorsi atau deformasi murni, baik angular ataupun linier Aliran irrotasional terjadi apabila elemen fluida di setiap titik tidak mempunyai kecepatan sudut netto terhadap titik tersebut. Sebaliknya aliran rotasional terjadi apabila elemen fluida mempunyai kecepatan sudut netto. Gerak vortex dapat dikategorikan sebagai dalam aliran rotasional. Vortex digambarkan sebagai aliran yang bergerak dan berputar terhadap sumbu vertikal sehingga terjadi perbedaan tekanan antara bagian sumbu dan sekelilingnya. Tetapi pada beberapa kondisi vortex juga dapat dikategorikan sebagai aliran irrotasional. Kelihatannya agak mengherankan bahwa gerakan vortex irrotasional. Namun demikian harus diingat kembali bahwa rotasi mengacu pada orientasi pada elemen fluida bukan lintasan yang diikuti oleh elemen tersebut (Sinaga, 2010).



Gambar 2.4 Pola Garis Arus Untuk Sebuah Vortex (Sinaga, 2010) 2.6 Konsumsi Daya Suatu pertimbangan yang sangat penting dalam merancang bejana aduk adalah kebutuhan daya untuk mendorong impeller. Bila aliran di dalam tangki adalah turbulen, kebutuhan daya dapat ditaksir dari hasil kai aliran q yang didapatkan dari impeller dan energi kinetik Ek per satuan volume fluida. Besaran-besaran itu adalah: N Re = N P=



D 2 N a







(Mc. Cabe W.L, 1999)



P



N 3 Da 5



(Mc. Cabe W.L, 1999)



Bilangan Reynold (NRe) menggambarkan jenis aliran dalam fluida yang disebabkan oleh putaran batang pengaduk dan Bilangan Power (Np) digunakan untuk menggambarkan hubungan dan kaitannya dalam pengerjaan operasi dan juga untuk menghitung power atau tenaga yang dibutuhkan (Mc. Cabe W.L, 1999).



BAB III METODOLOGI PERCOBAAN 3.1 Peralatan Dalam percobaan ini peralatan yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Bejana/Beaker Glass Fungsi: sebagai wadah bagi fluida untuk dilakukannya pencampuran 2. Impeller Fungsi: sebagai pengaduk untuk pencampuran fluida 3. Klem Fungsi: untuk menjepit dan menahan motor 4. Mistar Fungsi: untuk mengukur ketinggian vorteks 5. Motor Fungsi: untuk menjalankan impeller 6. Neraca elektrik Fungsi: untuk menimbang massa bahan yang akan digunakan 7. Pengunci impeller Fungsi: untuk mengunci impeller 8. Sekat/Baffle Fungsi: untuk mencegah terbentuknya vorteks saat pencampuran 9. Statif Fungsi: sebagai penyangga untuk motor 10. Stopwatch Fungsi: untuk menghitung waktu saat dilakukannya percobaan



3.2 Bahan Dalam percobaan ini bahan-bahan yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Dexlite Fungsi: sebagai bahan untuk prosedur cairan yang tak saling melarut 2. Jagung Fungsi: sebagai bahan untuk disperse padatan



3. Pelat Plastik Fungsi: sebagai bahan untuk melihat pola aliran fluida 4. Pewarna kuning Fungsi: sebagai bahan untuk melihat pola aliran fluida



3.3 Prosedur Kerja 3.3.1 Pola Aliran Prosedur kerja percobaan ini adalah : 1. Bejana diisi dengan air hingga ketinggian tertentu. 2. Salah satu impeller dipasang pada ujung poros. 3. Ditambahkan sejumlah kecil pellet plastik. 4. Kecepatan impeller dinaikkan dengan tambahan yang kecil misalnya 25 rpm hingga pelet plastik terlihat mulai berputar-putar dalam air. 5. Ditambahkan sedikit air zat warna untuk melihat pola aliran yang terbentuk. Ketika kecepatan ditingkatkan, udara akan terseret dan gelembung-gelembung menjadi terdispersi di dalam air. 6. Percobaan diulangi dengan jenis impeller lain dan pemasangan sekat di dalam bejana. 7. Gerakkan zat warna dan pelet untuk tiap variasi diamati.



3.3.2 Dispersi Padatan Prosedur kerja percobaan ini adalah : 1. Bejana diisi dengan air hingga ketinggian tertentu. 2. Ke dalam bejana dimasukkan 18 gr Beras Merah. 3. Impeller turbin dipasang pada ujung poros. Jarak pusat impeller ke dasar bejana diatur 2/5 dari bejana. 4. Kecepatan impeller dinaikkan dengan tambahan yang kecil misalnya 310 rpm dan kemampuan pengangkatan, kawasan mati dan gerakan partikel pasir diamati. 5. Percobaan diulangi untuk variasi jarak impeller dari dasar bejana yaitu 1/5 dan 3/5 dari bejana, jenis impeller yaitu propeller, variasi fraksi padatan yaitu 12 gr dan 24 gr, serta pemasangan sekat.



6. Waktu yang diperlukan untuk mencapai keadaan seragam pada berbagai variasi percobaan dicatat.



3.3.3 Cairan yang Tidak Saling Melarut Prosedur kerja percobaan ini adalah: 1. Bejana diisi dengan air hingga sebanyak 1700 ml dan Pertalite sebanyak 300 ml. 2. Impeller turbin dipasang pada ujung poros. Jarak pusat impeller ke dasar bejana diatur 2/5 dari bejana. 3. Kecepatan impeller dinaikkan dengan tambahan yang kecil misalnya 25 rpm dan laju pencampuran dari kedua cairan diamati. 4. Percobaan diulangi untuk jenis impeller yang lain yaitu propeller dan pemasangan sekat di dalam bejana. 5. Waktu yang diperlukan untuk mencapai keadaan seragam pada berbagai variasi percobaan dicatat.



Berikut adalah rangkaian peralatan untuk percobaan peralatan pencampuran fluida.



Gambar 3.1 Susunan Peralatan Percobaan Pencampuran Fluida (RW20 digital laboratory stirrer)



Keterangan: 1. Motor 2. Klem 3. Pengunci impeller 4. Impeller 5. Bejana/Beaker gelas 6. Statif



3.4 Flowchart Percobaan 3.4.1 PolaAliran Berikut flowchart percobaan pencampuran fluida untuk pola aliran: Mulai Diisi air pada bejana hingga ketinggian tertentu



Dipasang impeller pada ujung poros



Ditambah sejumlah kecil pellet plastik



Dinaikkan kecepatan impeller dengan tambahan yang kecil



Ditambahkan sedikit zat warna



Apakah pola aliran terlihat ?



Tidak



Ya Dicatat jenis pola aliran yang terbentuk



Apakah ada variasi jenis impeller dan pemasangan sekat?



Tidak Selesai Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Percobaan Pola Aliran



Ya



3.4.2 Dispersi Padatan Berikut flowchart percobaan pencampuran fluida untuk dispersi padatan: Mulai Diisi air pada bejana hingga ketinggian tertentu



Dimasukkan 18 gr Beras Merah



Dipasang impeller pada ujung poros



Dinaikkan kecepatan impeller dengan tambahan yang kecil



Apakah keadaan campuran telah seragam ?



Tidak



Ya Dicatat waktu yang dibutuhkan untuk seragam



Apakah ada variasi jenis impeller, variasi jarak impeller dari dasar bejana dan pemasangan sekat?



Ya



Tidak Selesai



Gambar 3.3 Flowchart Prosedur Percobaan Dispersi Padatan



3.4.3 Cairan yang Tidak Saling Melarut Berikut flowchart percobaan untuk cairan yang tidak saling melarut: Mulai Diisi air sebanyak 1700 ml dan Pertalite sebanyak 300 ml



Dipasang impeller pada ujung poros



Dinaikkan kecepatan impeller dengan tambahan yang kecil



Apakah keadaan campuran telah seragam ?



Tidak



Ya



Dicatat waktu yang dibutuhkan untuk seragam



Apakah ada variasi jenis impeller dan pemasangan sekat?



Ya



Tidak Selesai



Gambar 3.4 Flowchart Prosedur Percobaan Cairan yang Tidak Saling Melarutz



BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Percobaan untuk Pola Aliran dengan dan Tanpa Sekat Pada percobaan berikut terdapat empat variasi percobaan pengamatan pola aliran. Variasi percobaan berikut menggunakan dua jenis impeller yaitu Propeller dan Paddle dengan dan tanpa pemakaian sekat. Gambar pada tabel 4.1 berikut dibawah ini akan menunjukkan pengaruh pemasangan sekat dan jenis impeller terhadap pola aliran. Tabel 4.1 Pola Aliran Tanpa dan Dengan Sekat



Gambar Pola Aliran Jenis Impeller



Kecepatan (rpm)



Paddle



280



Tanpa Sekat



Dengan Sekat



6,0 cm



280



Aksial



Radial



Propeller



4,7 cm



Aksial



Radial



Tabel 4.1 memperlihatkan gambar pola aliran yang terbentuk untuk variasi jenis impeller dan pemasangan sekat dengan kecepatan impeller 280 rpm dengan posisi pengaduk 2/5. Untuk jenis propeller dan paddle pada tangki dengan sekat terlihat bahwa pola aliran yang dihasilkan adalah aliran aksial karena pelet-pelet plastik bergerak secara vertikal dalam tangki. Sedangkan untuk propeller dan paddle tanpa sekat terbentuk aliran radial karena pelet-pelet plastik bergerak horizontal dalam tangki.



Untuk jenis Paddle dengan sekat terlihat bahwa pola aliran yang dihasilkan adalah aliran Aksial karena pelet-pelet plastik dalam tangki bergerak secara vertikal menuju ke pusat paddle lalu turun ke bawah setelah mencapai dinding lalu ke atas dan ke bawah. Sedangkan untuk tanpa sekat terbentuk aliran Radial karena pelet-pelet plastik bergerak secara horizontal. Berdasarkan teori, pola aliran yang terbentuk untuk impeller jenis paddle, pada tangki tanpa sekat adalah aliran aksial (Nienow, dkk, 1997), dan untuk tangki dengan sekat adalah aliran radial seperti yang ditunjukkan pada gambar :



Gambar 4.1 Aliran Radial pada Impeller Jenis Paddle (Albright, 2009) Berdasarkan teori, hasil percobaan untuk pola aliran yang terbentuk pada impeller jenis Propeller tanpa sekat belum sesuai teori karna pola aliran yang terbentuk adalah aliran Radial. Hal ini disebabkan karena : 1.



Kecepatan pengadukan yang tinggi sehingga pola aliran tidak terlihat jelas



2



Kecepatan pengaduk tidak konstan



Untuk impeller Propeller tanpa sekat tampak bahwa pola aliran yang dihasilkan adalah aliran Radial karena pelet-pelet plastik bergerak horizontal dalam tangki. Sedangkan untuk jenis Propeller pada tangki dengan sekat terlihat bahwa pola aliran yang dihasilkan adalah aliran Aksial karena pelet-pelet plastik bergerak secara vertikal dalam tangki. Berdasarkan teori, menurut Lerbs memperluas teorinya menerapkan Propeller yang sedang dioperasikan pada aliran yang tidak seragam dengan variasi kecepatan sumbu rata-rata menimbulkan pola aliran aksial (Moreu, et al., 2017). Berdasarkan teori, hasil percobaan untuk pola aliran yang terbentuk pada impeller jenis Propeller tanpa sekat belum sesuai teori karna pola aliran yang terbentuk adalah aliran Radial. Hal ini disebabkan karena : 1. Kecepatan pengadukan yang tinggi sehingga pola aliran tidak terlihat jelas 2. Kecepatan pengaduk tidak konstan



Pada percobaan yang tidak menggunakan sekat, terdapat vorteks saat impeller bergerak. Pada Propeller, vorteks yang terbentuk setinggi 4,7 cm dan pada Paddle, vorteks terbentuk setinggi 6,0 cm. Sekat tidak memengaruhi karakteristik daya di dalam daerah aliran laminar. Di dalam tangki yang tidak dipasangi sekat maka cairan akan berotasi dan membentuk vorteks (Zlokarnik, 2001). Berdasarkan teori di atas, percobaan telah sesuai teori karena vorteks tidak terbentuk pada semua percobaan dengan tangki yang dipasangi sekat. Sedangkan pada tangki tanpa sekat terbentuk vorteks pada saat pencampuran.



4.2



Percobaan untuk Dispersi Padatan



4.2.1



Pengaruh Kecepatan Impeller Untuk Tangki Tanpa Sekat Terhadap Waktu Pencampuran Adapun grafik pengaruh kecepatan Impeller untuk tangki tanpa sekat terhadap



waktu pencampuran dapat dilihat pada gambar 4.1 berikut 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0



Paddle Propeller



295



310



325



Gambar 4.1 Pengaruh Kecepatan Impeller Terhadap Waktu Pencampuran untuk Tangki Tanpa Sekat



Gambar 4.1 menunjukkan pengaruh kecepatan impeller terhadap waktu pencampuran rimbang dan air untuk tangki tanpa sekat. Adapun impeller yang digunakan adalah paddle dan propeller dengan variasi kecepatan yaitu 295, 310 dan 325 rpm tiap masing-masing impeller. Dengan fraksi padatan 28 gram dan posisi pengaduk 2/5. Dapat dilihat dari gambar diatas bahwa ada data yang belum sesuai dengan teori karena waktu pencampuran mengalami fluktuasi terhadap kecepatan impeller. Hal ini dapat dibuktikan dimana propeller pada kecepatan 295, 310 dan 325 rpm, waktu yang diperlukan adalah 21,5; 11,6; dan 17,03 detik dan terbentuk vorteks masing-masing setinggi 6,0 cm, 6,4 cm dan 6,9 cm Untuk paddle pada kecepatan 295, 310 dan 325 rpm waktu yang diperlukan adalah 9,85; 10,14 dan 17,1 detik dan terbentuk vorteks masing-masing setinggi 7,5 cm, 8,3 cm dan 7,9 cm.



Berdasarkan teori, waktu pencampuran meningkat seiring banyaknya partikel yang tersuspensi ke dalam cairan serta semakin besar kecepatan impeller maka waktu pencampuran dari padatan ke cairan semakin kecil (Zlokarnik, 2001). Hubungan kecepatan impeller dengan waktu pencampuran ditunjukkan dengan persamaan sebagai berikut : 1



= 𝜋



2 𝑃 𝑡𝑚



𝜂𝑉



(Kazemzadeh, et al., 2016)



P = 2π NT Sehingga, jika disubstitusi didapat hubungan : 1 2 𝑡𝑚



=



𝜋 2𝜋 𝑁𝑇 𝜂𝑉



(Arreortua dan Alberto, 2015)



dimana : tm = waktu pencampuran (s) N = kecepatan rotasi (rpm) η = ukuran viskositas fluida non-newtonian V = volume fluida (cm3) P = konsumsi daya (W) T = torsi pencampuran (Nm) Berdasarkan persamaan di atas, diperoleh hubungan bahwa waktu pencampuran berbanding terbalik dengan kecepatan pengadukan. Dimana semakin tinggi kecepatan pengadukan maka semakin kecil waktu pencampuran. Dari grafik, hasil percobaan yang diperoleh pada impeller jenis paddle tidak sesuai dengan teori karena grafiknya sebanding antara dua sumbu. Dan untuk jenis propeller memiliki hasil tidak sesuai teori karena grafiknya mengalami fluktuasi.



4.2.2



Pengaruh Kecepatan Impeller Untuk Tangki Dengan Sekat Terhadap Waktu Pencampuran Adapun grafik pengaruh kecepatan impeller untuk tangki dengan sekat



terhadap waktu pencampuran dapat dilihat pada gambar 4.2 berikut. 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0



Propeller Paddle



295



310



325



Gambar 4.2 Pengaruh Kecepatan Impeller Paddle Terhadap Waktu Pencampuran untuk Tangki Dengan Sekat



Gambar 4.2 menunjukkan pengaruh kecepatan impeller terhadap waktu pencampuran rimbang dan air untuk tangki dengan sekat. Impeller yang digunakan adalah paddle dan propeller dengan kecepatan 295, 310 dan 325 rpm tiap masingmasing impeller. Dengan fraksi padatan 28 gram dan posisi pengaduk 2/5. Hal ini dibuktikan dimana paddle dengan kecepatan 295, 310 dan 325 rpm diperlukan waktu pencampuran 9,48; 9,78 dan 9,17 detik. Untuk propeller pada kecepatan 295, 310 dan 325 rpm waktu pencampuran yang diperlukan adalah 8,8; 11,5 dan 19,3 detik. Berdasarkan teori, Kecepatan putaran yang tinggi secara langsung bertanggung jawab untuk waktu pencampuran yang singkat dalam semua kasus (Ahangari, et. Al, 2016) Perbedaan kecepatan pada tangki dengan sekat lebih besar daripada tanpa sekat (Yoshida, et. Al., 2015)



Berdasarkan teori, waktu pencampuran meningkat seiring banyaknya partikel yang tersuspensi ke dalam cairan serta semakin besar kecepatan impeller maka waktu pencampuran dari padatan ke cairan semakin kecil (Zlokarnik, 2001). Hubungan kecepatan impeller dengan waktu pencampuran ditunjukkan dengan persamaan sebagai berikut : 1



= 𝜋



2 𝑃 𝑡𝑚



𝜂𝑉



(Kazemzadeh, et al., 2016)



P = 2π NT Sehingga, jika disubstitusi didapat hubungan : 1 2 𝑡𝑚



=



𝜋 2𝜋 𝑁𝑇 𝜂𝑉



(Arreortua dan Alberto, 2015)



dimana : tm = waktu pencampuran (s) N = kecepatan rotasi (rpm) η = ukuran viskositas fluida non-newtonian V = volume fluida (cm3) P = konsumsi daya (W) T = torsi pencampuran (Nm) Berdasarkan persamaan di atas, diperoleh hubungan bahwa waktu pencampuran berbanding terbalik dengan kecepatan pengadukan. Dimana semakin tinggi kecepatan pengadukan maka semakin kecil waktu pencampuran. Dari grafik, hasil percobaan yang diperoleh pada impeller jenis paddle tidak sesuai dengan teori karena grafik mengalami fluktuasi. Dan untuk jenis propeller memiliki hasil tidak sesuai teori karena grafiknya sebanding antara dua sumbu.



4.2.3



Pengaruh Fraksi Padatan Untuk Tangki Tanpa Sekat Terhadap Waktu Pencampuran Adapun grafik pengaruh fraksi padatan untuk tangki tanpa sekat terhadap



waktu pencampuran dapat dilihat pada gambar 4.3 berikut. 10.8 10.6 10.4 10.2 10 9.8



Paddle



9.6



Propeller



9.4 9.2 9 8.8 14



28



32



Gambar 4.3 Pengaruh Fraksi Padatan Terhadap Waktu Pencampuran untuk Tangki Tanpa Sekat



Gambar 4.3 menunjukkan pengaruh fraksi padatan terhadap waktu pencampuran rimbang dan air untuk tangki tanpa sekat. Impeller yang digunakan adalah paddle dan propeller dengan fraksi padatan 14, 28 dan 32 gram tiap impeller. Dengan kecepatan 310 rpm dan posisi pengaduk 2/5. Hal ini dibuktikan dimana paddle dengan fraksi padatan 14, 28 dan 32 gram waktu yang diperlukan adalah 9,45; 9,99; dan 9,50 detik dan terbentuk vorteks masing- masing setinggi 7,2 cm, 7,8 cm dan 8,3 cm. Untuk propeller dengan variasi fraksi padatan, kecepatan, dan posisi pengaduk sama waktu pencampuran yang diperlukan adalah 10,07; 10,62 dan 10,33 detik, dan terbentuk vorteks masingmasing setinggi 7,1 cm, 6,1 cm dan 6,9 cm. Hubungan antara fraksi padatan dengan waktu pencampuran dapat dilihat melalui persamaan berikut : 𝜕𝐶𝑇,𝑠 𝜕𝑡



+ 𝑢𝑖



𝜕𝐶𝑇,𝑠 𝜕𝑥𝑖



𝜕𝐶



𝜕



= 𝜕𝑥 𝐷𝑇,𝑠 ( 𝑑𝑥𝑇,𝑠 ) 𝑖



𝑖



dimana : t = waktu pencampuran (s) CT,s = fraksi padatan atau konsentrasi padatan DT,s= difusivitas µi= kecepatan (rpm) xi= koordinat i



(Bale, et al., 2017)



Berdasarkan persamaan di atas, dapat disimpulkan bahwa fraksi massa padatan berbanding lurus dengan waktu pencampuran. Dimana semakin banyak fraksi padatan maka waktu yang diperlukan juga semakin besar. Dari grafik, diperoleh hasil pada impeller jenis paddle dan propeller tidak sesuai dengan teori karena grafik menunjukan terjadinya fluktuasi. Penyimpangan ini terjadi karena : 1.



Adanya perbedaan faktor geometri pada padatan.



2.



Berubahnya warna cairan yang mengeruh akibat padatan yang telah bercampur sehingga sulit menentukan waktu pencampuran.



4.2.4



Pengaruh Fraksi Padatan Untuk Tangki Dengan Sekat Terhadap Waktu Pencampuran Adapun grafik pengaruh fraksi padatan untuk tangki dengan sekat terhadap



waktu pencampuran dapat dilihat pada gambar 4.4 berikut. 11 10.8 10.6 10.4 10.2 10 9.8 9.6 9.4 9.2 9 8.8



Paddle Propeller



14



28



32



Gambar 4.4 Pengaruh Fraksi Padatan Terhadap Waktu Pencampuran untuk Tangki Dengan Sekat



Gambar 4.4 menunjukkan pengaruh fraksi padatan terhadap waktu pencampuran rimbang dan air untuk tangki dengan sekat. Impeller yang digunakan adalah paddle dan propeller dengan fraksi padatan 14, 28 dan 32 gram tiap impeller. Dengan kecepatan 310 rpm dan posisi pengaduk 2/5. Hal ini dibuktikan dimana paddle dengan fraksi padatan 14, 28 dan 32 gram waktu yang diperlukan adalah 9,76 ; 10,31 dan 9,84 detik Untuk propeller dengan variasi fraksi padatan, kecepatan, dan posisi pengaduk sama, waktu pencampuran yang diperlukan adalah 9,57 ; 9,88 dan 10,79 detik. Hubungan antara fraksi padatan dengan waktu pencampuran dapat dilihat melalui persamaan berikut : 𝜕𝐶𝑇,𝑠 𝜕𝑡



+ 𝑢𝑖



𝜕𝐶𝑇,𝑠 𝜕𝑥𝑖



𝜕𝐶



𝜕



= 𝜕𝑥 𝐷𝑇,𝑠 ( 𝑑𝑥𝑇,𝑠 ) 𝑖



𝑖



dimana : t = waktu pencampuran (s) CT,s = fraksi padatan atau konsentrasi padatan DT,s= difusivitas µi= kecepatan (rpm) xi= koordinat i



(Bale, et al., 2017)



Berdasarkan persamaan di atas, dapat disimpulkan bahwa fraksi massa padatan berbanding lurus dengan waktu pencampuran. Dimana semakin banyak fraksi padatan maka waktu yang diperlukan juga semakin besar. Dari grafik, diperoleh hasil pada impelle jenis paddle tidak sesuai dengan teori karena grafik yang menunjukkan terjadinya fluktuasi. Dan untuk jenis propeller telah sesuai dengan teori karena grafik sebanding di antara kedua sumbu. Penyimpangan ini terjadi karena : 1.



Adanya perbedaan faktor geometri pada padatan.



2.



Berubahnya warna cairan yang mengeruh akibat padatan yang telah bercampur sehingga sulit menentukan waktu pencampuran.



4.2.5



Pengaruh Posisi Pengaduk Untuk Tangki Tanpa Sekat Terhadap Waktu Pencampuran Adapun grafik pengaruh posisi pengaduk untuk tangki tanpa sekat terhadap



waktu pencampuran dapat dilihat pada gambar 4.5 berikut. 14 12 10 8



Paddle



6



Propeller



4 2 0 1/5



2/5



3/5



Gambar 4.5 Pengaruh Posisi Pengaduk Terhadap Waktu Pencampuran untuk Tangki Tanpa Sekat.



Grafik 4.5 menunjukkan pengaruh posisi pengaduk terhadap waktu pencampuran rimbang dan air untuk tangki tanpa sekat. Impeller yang digunakan adalah paddle dan propeller dengan posisi pengaduk 1/5; 2/5 dan 3/5 tiap masingmasing impeller. Dengan kecepatan 310 rpm dan fraksi padatan 28 gram. Hal ini dibuktikan dimana paddle dengan posisi pengaduk 1/5; 2/5 dan 3/5 waktu yang diperlukan adalah 9,79; 9,17 dan 8,64 detik dan terbentuk vorteks masingmasing setinggi 7,1 cm, 7,4 cm dan 6,7 cm. Untuk propeller dengan posisi pengaduk 1/5; 2/5 dan 3/5 waktu yang diperlukan adalah 9,08; 8,44 dan 12,09 detik dan terbentuk vorteks masing-masing setinggi 6,3 cm, 6,8 cm dan 6,7 cm. Berdasarkan teori, jarak impeller yang lebih besar, pembentukan waktu pencampuran yang lebih rendah dibandingkan jarak impeller yang lebih kecil. Dalam beberapa hal ada ketetapan untuk mengubah posisi impeller untuk suspensi padat (Walas, 1990).



Hubungan antara posisi pengaduk dan waktu pengadukan dinyatakan : 𝐶



Np = 𝑅𝑒



(Perez, et al., 2006) 𝑃



Np = 𝜌 𝑁3𝐷𝑖 5 1



= 𝜋



2 𝑃 𝑡𝑚



(Kazemzadeh, et al., 2016)



𝜂𝑉



sehingga, jika disubstitusikan menjadi persamaan : 𝑡 2 𝜋 𝑅𝑒



𝑐 = 𝜌 𝑁𝑚3𝐷𝑖 5 𝜂 𝑉 Dimana : c= ketinggian antara impeller dengan dasar tangki (m) tm = waktu pencampuran (s) Berdasarkan



persamaan



di



atas,



dapat



disimpulkan



bahwa



waktu



pencampuran berbanding lurus dengan ketinggian agitator. Jadi semakin tinggi agitator maka semakin lama waktu pencampuran. Dari grafik, hasil percobaan yang diperoleh pada impeller jenis propeller dan paddle tidak sesuai teori karena grafik mengalami fluktuasi. Penyimpangan ini terjadi karena : 1.



Berubahnya warna cairan yang mengeruh akibat padatan yang telah bercampur sehingga sulit menentukan waktu pencampuran.



2.



Kecepatan pengadukan tidak konstan.



4.2.6



Pengaruh Posisi Pengaduk Untuk Tangki Dengan Sekat Terhadap Waktu Pencampuran Adapun grafik pengaruh posisi pengaduk untuk tangki dengan sekat terhadap



waktu pencampuran dapat dilihat pada gambar berikut. 12 10 8 Paddle



6



Propeller



4 2 0 1/5



2/5



3/5



Gambar 4.6 Pengaruh Posisi Pengaduk untuk Tangki Dengan Sekat Terhadap Waktu Pencampuran. Grafik 4.6 menunjukkan pengaruh posisi pengaduk terhadap waktu pencampuran rimbang dan air untuk tangki dengan sekat. Impeller yang digunakan adalah paddle dan propeller dengan posisi pengaduk 1/5; 2/5 dan 3/5 tiap masing-masing impeller. Dengan kecepatan 310 rpm dan fraksi padatan 28 gram. Hal ini dibuktikan dimana paddle dengan posisi pengaduk 1/5; 2/5 dan 3/5 waktu yang diperlukan adalah 9,66; 9,23 dan 7,27 detik. Untuk propeller dengan posisi pengaduk 1/5; 2/5 dan 3/5 waktu yang diperlukan adalah 7,72; 9,43 dan 10,84 detik. Hubungan antara posisi pengaduk dan waktu pengadukan dinyatakan : 𝐶



Np = 𝑅𝑒



(Perez, et al., 2006) 𝑃



Np = 𝜌 𝑁3𝐷𝑖 5 1



= 𝜋



2 𝑃 𝑡𝑚



(Kazemzadeh, et al., 2016)



𝜂𝑉



sehingga, jika disubstitusikan menjadi persamaan : 𝑡 2 𝜋 𝑅𝑒



𝑐 = 𝜌 𝑁𝑚3𝐷𝑖 5 𝜂 𝑉 Dimana : c = ketinggian antara impeller dengan dasar tangki (m) tm = waktu pencampuran (s)



Berdasarkan



persamaan



di



atas,



dapat



disimpulkan



bahwa



waktu



pencampuran berbanding lurus dengan ketinggian agitator. Jadi semakin tinggi agitator maka semakin lama waktu pencampuran. Dari grafik, hasil percobaan yang diperoleh pada impeller jenis paddle tidak sesuai teori karena grafik mengalami berbanding terbalik. Dan untuk jenis propeller menunjukkan hasil telah sesuai dengan teori karena grafiknya sebanding antara dua sumbu. Penyimpangan ini terjadi karena : 1.



Berubahnya warna cairan yang mengeruh akibat padatan yang telah bercampur sehingga sulit menentukan waktu pencampuran.



2.



Kecepatan pengadukan tidak konstan.



4.3



Pencampuran Cairan yang Tidak Saling Melarut.



4.3.1



Pengaruh Kecepatan Impeller untuk Tangki Tanpa Sekat terhadap Waktu Pencampuran Adapun pengaruh kecepatan impeller untuk tangki tanpa sekat terhadap waktu



pencampuran ditunjukkan sebagai berikut. 100 90 80 70 60 50



Paddle



40



Propeller



30 20 10 0 295



310



325



Gambar 4.7 Pengaruh Kecepatan Impeller untuk Tangki Tanpa Sekat Terhadap Waktu Pencampuran.



Gambar 4.7 menunjukkan pengaruh kecepatan impeller terhadap waktu pencampuran minyak makan dan air pada tangki tanpa sekat. Impeller yang digunakan adalah paddle dan propeller dengan kecepatan 295, 310 dan 325 rpm tiap masing-masing impeller dengan ketinggian agitator 2/5. Hal ini dibuktikan dengan paddle pada kecepatan 295, 310 dan 325 rpm waktu pencampuran yang diperlukan 36,25; 35,19 dan 90,17 detik dengan masingmasing vorteks setinggi 7,8 cm, 8,0 cm dan 9,4 cm. Untuk propeller dengan kecepatan yang sama waktu pencampuran yang diperlukan adalah 17,42; 20,19 dan 26,12 detik dengan masing-masing vorteks setinggi 5,9 cm, 6,5 cm dan 6,0 cm. Berdasarkan teori, waktu pencampuran meningkat seiring banyaknya partikel yang tersuspensi ke dalam cairan serta semakin besar kecepatan impeller maka waktu pencampuran dari padatan ke cairan semakin kecil (Zlokarnik, 2001). Pemakaian sekat akan meningkatkan laju pencampuran (Albright, 2009).



Hubungan antara kecepatan pencampuran terhadap waktu pencampuran ditun jukkan oleh persamaan berikut: -0.628 t𝑚 N = 27.66N𝑃-0.945 N𝐹𝑟 (h/D)0.299



(Issa, dkk., 2012)



Dimana: tm = waktu pencampuran N = kecepatan rotasi Np = daya Nfr =bilangan froude D = diameter tangki h= ketinggian tangki Berdasarkan persamaan di atas, diperoleh hubungan bahwa waktu pencampuran berbanding terbalik dengan kecepatan pengadukan. Dimana semakin tinggi kecepatan pengadukan maka semakin kecil waktu pencampuran. Dari grafik, hasil percobaan yang diperoleh pada impeller jenis turbin, anchor, paddle dan propeller telah sesuai teori karena grafiknya berbanding terbalik. Berdasarkan



persamaan



di



atas,



dapat



disimpulkan



bahwa



waktu



pencampuran berbanding lurus dengan ketinggian agitator. Jadi semakin tinggi agitator maka semakin lama waktu pencampuran. Dari grafik, hasil percobaan yang diperoleh pada impeller jenis paddle tidak sesuai teori karena grafik mengalami fluktuasi. Dan untuk jenis propeller menunjukkan hasil tidak sesuai dengan teori karena grafiknya sebanding antara dua sumbu. Penyimpangan ini terjadi karena : 1.



Berubahnya warna cairan yang mengeruh akibat cairan lain yang telah bercampur sehingga sulit menentukan waktu pencampuran.



2.



Kecepatan pengadukan tidak konstan.



4.3.2



Pengaruh kecepatan impeller untuk tangki dengan sekat terhadap waktu pencampuran Adapun pengaruh kecepatan impeller untuk tangki dengan sekat terhadap



waktu pencampuran ditunjukkan sebagai berikut. 35 30 25 20



Paddle



15



Propeller



10 5 0 295



310



325



Gambar 4.8 Pengaruh Kecepatan Impeller untuk Tangki Dengan Sekat Terhadap Waktu Pencampuran. Gambar 4.8 menunjukkan pengaruh kecepatan impeller terhadap waktu pencampuran minyak makan dan air pada tangki dengan sekat. Impeller yang digunakan adalah paddle dan propeller dengan kecepatan 295, 310 dan 325 rpm tiap masing-masing impeller dengan ketinggian agitator 2/5. Dapat dilihat dari grafik diatas bahwa waktu pencampuran mengalami penurunan. Hal ini dibuktikan dengan paddle pada kecepatan 295, 310 dan 325 rpm waktu pencampuran yang diperlukan 31,14; 16,52 dan 21,56 detik. Untuk propeller dengan kecepatan yang sama waktu pencampuran yang diperlukan adalah 21,92; 17,04 dan 21,49 detik. Berdasarkan teori, waktu pencampuran meningkat seiring banyaknya partikel yang tersuspensi ke dalam cairan serta semakin besar kecepatan impeller maka waktu pencampuran dari padatan ke cairan semakin kecil (Zlokarnik, 2001). Pemakaian sekat akan meningkatkan laju pencampuran (Albright, 2009). Hubungan antara kecepatan pencampuran terhadap waktu pencampuran ditun jukkan oleh persamaan berikut: -0.628 t𝑚 N = 27.66N𝑃-0.945 N𝐹𝑟 (h/D)0.299



(Issa, dkk., 2012)



Dimana: tm = waktu pencampuran N = kecepatan rotasi Np = daya Nfr =bilangan froude D = diameter tangki h= ketinggian tangki Berdasarkan persamaan di atas, diperoleh hubungan bahwa waktu pencampuran berbanding terbalik dengan kecepatan pengadukan. Dimana semakin tinggi kecepatan pengadukan maka semakin kecil waktu pencampuran. Dari grafik, hasil percobaan yang diperoleh pada impeller jenis turbin, anchor, paddle dan propeller telah sesuai teori karena grafiknya berbanding terbalik. Berdasarkan



persamaan



di



atas,



dapat



disimpulkan



bahwa



waktu



pencampuran berbanding lurus dengan ketinggian agitator. Jadi semakin tinggi agitator maka semakin lama waktu pencampuran. Dari grafik, hasil percobaan yang diperoleh pada impeller jenis paddle dan propeller tidak sesuai teori karena grafik mengalami fluktuasi. Penyimpangan ini terjadi karena : 1.



Berubahnya warna cairan yang mengeruh akibat cairan lain yang telah bercampur sehingga sulit menentukan waktu pencampuran.



2.



Kecepatan pengadukan tidak konstan.



BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari percobaan adalah: 1. Pola aliran yang dihasilkan dari percobaan dengan variasi impeller adalah sebagai berikut: a. Propeller pada tangki dengan sekat menghasilkan pola aliran aksial dan tanpa sekat menghasilkan pola aliran radial. b. Paddle pada tangki dengan sekat menghasilkan aliran radial dan tanpa sekat menghasilkan pola aliran aksial. 2. Berdasarkan teori, semakin besar kecepatan impeller maka semakin cepat waktu pencampuran. Hasil percobaan yang diperoleh untuk dispersi padatan adalah : a. Propeller pada tangki dengan sekat tidak sesuai dengan teori karena grafik mengalami kenaikan dan tanpa sekat telah sesuai dengan teori karena grafik mengalami penurunan. b. Paddle pada tangki dengan sekat dan tanpa sekat tidak sesuai dengan teori karena grafik mengalami fluktuasi dan mengalami kenaikan. 3. Berdasarkan teori, fraksi padatan terhadap waktu pencampuran adalah berbanding lurus. Hasil percobaan yang dieproleh untuk dispersi padatan adalah: a. Propeller pada tangki dengan sekat telah sesuai dengan teori karena grafik mengalami kenaikan dan tanpa sekat tidak sesuai dengan teori karena grafik mengalami fluktuasi. b. Paddle pada tangki dengan sekat dan tanpa sekat tidak sesuai dengan teori karena grafik mengalami fluktuasi. 4. Berdasarkan teori posisi pengadukan, waktu pencampuran mengalami peningkatan seiring meningkatnya jarak antara impeller dari dasar tangki. Hasil percobaan yang didapat untuk dispersi padatan adalah : a. Propeller pada tangki dengan sekat telah sesuai dengan teori karena grafik mengalami kenaikan dan tanpa sekat tidak sesuai dengan teori karena grafik mengalami fluktuasi. b. Paddle pada tangki dengan sekat dan tanpa sekat tidak sesuai dengan teori karena grafik mengalami fluktuasi dan penurunan. 5. Berdasarkan teori kecepatan impeller terhadap waktu pencampuran cairan yang tidak saling melarutkan, semakin cepat impeller maka semakin cepat waktu pencampuran. Hasil percobaan yang diperoleh adalah : a. Propeller pada tangki dengan sekat dan tanpa sekat tidak sesuai dengan teori karena grafik mengalami fluktuasi dan kenaikan. b. Paddle pada tangki dengan sekat dan tanpa sekat tidak sesuai dengan teori karena grafik mengalami fluktuasi.



5.2 Saran Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari percobaan adalah: 1.



Dilakukan variasi pada sampel, misalnya untuk dispersi padatan menggunakan bahan berupa pasta (padatan basah). Contoh : nasi



2.



Disarankan memvariasikan padatan yang memiliki massa jenis lebih tinggi dari air seperti biji buah-buahan.



3.



Disarankan memvariasikan suhu fluida untuk pencampuran cairan yang tidak saling larut.



4.



Sebaiknya percobaan dilakukan dengan variasi sampel berupa bahan dengan viskositas yang lebih besar seperti susu atau sirup untuk melihat pengaruhnya terhadap pengadukan.



5.



Sebaiknya menggunakan wadah pengadukan yang lebih besar.



DAFTAR PUSTAKA Amru, Khorirul, Chairul da Maria Parenta S. 2015. Pengaruh Jenis Pengaduk Dan Waktu Fermentasi Terhadap Fermentasi Nira Nipah Menjadi Bioetanol Menggunakan Yeast Saccharomyces Cereviceae. Jom FTEKNIK Vol 2 no. 1 Arreotua, Ixchel Gijon dan Alberto Tecante. 2015a. Mixing Peformance of a Curved Ribbon Impeller during Blending of Food Powders. Chemical Engineering Technology, Vol. 38, No. 4, Hal. 734 - 740. Arreotua, Ixchel Gijon dan Alberto Tecante. 2015b. Mixing Time and Power Consumption during Blending of Cohesive Food Powders with a Horizontal Helical Double-Ribbon Impeller. Food Engineering. Bale, Shivkumar; Kristopher Clavin; Mayur Sathe; Abdallah S. Berrouk; F. Carl Knopf dan Krishnaswamy Nandakumar. 2017. Mixing in Oscillating Columns: Experimental and Numerical Studies. Chemical Enginerring Science. Dickey, David. 2015. Tackling Difficult Mixing Problems. Fluids and Solids Handling. American Institute Of Chemical Engineering (AIChe). Holand, F.A dan R. Bragg. 1995. Fluid Flow for Chemical Engineers. London: Hodder Headline Group Harnby, N, M. F. Edwards dan A. W. Nienov. 2001. Mixing in the process industries second edition. Oxford: Butterworth-Heinemann Kazemzadeh, Argang; Farhad Ein-Mozaffari; Ali Lohidan dan Leila Pakzad. 2016. A New Perspective in the Evaluation of the Mixingof Biopolymer Solutions with Different Coaxial Mixers Comprising of Two Dispersing Impellers And A Wall Scraping Anchor. Chemical Engineering Research and Design, II4, Hal. 202 - 219. Moreu, Jaime; Brenden P. Epps; Jesus Valle; Miguel Toboada dan Pedro Bueno. 2017. Variational Optimization of Hydrokinetic Turbines and Propellers Operating in a Non-Uniform Flow Field. Ocean Engineering, No. 135, Hal. 207 - 220. Perez, J. A. Sanchez; E. M. Rodriguez Porcel; J. L. Casas Lopez; J. M. Fernandez Sevilla dan Y. Chisti. 2016. Shear Rate in Stirred Tank and Bubble Column Bioreactors. Chemical Engineering Journal, No. 124, Hal. 1 - 5.



Putra, Adi Pratama Herawan. 2017. Rancang Bangun Pengaduk Santan Menghasilkan Minyak VCO (Pengujian). Palembang: Politeknik Negeri Sriwijaya. Ramadhany, Putri. 2017. Komputasi Dinamika Fluida pada T–Micro Mixer. Jurnal Rekayasa Proses, Vol. 11, No. 2, Hal. 43 - 53. Sari, Denni Kartika dan Retno Sulistyo Dhamar Lestari. 2015. Pengaruh Waktu dan Kecepatan Pengadukan Terhadap Emulsi Minyak Biji Matahari (Helianthus annuus L.) dan Air. Jurnal Integrasi Proses, Vol. 5, No. 3, Hal. 155 – 159. Yoshida, M.; H. Ebina; H. Shirosaki; K. Ishioka dan K. Oiso. 2015. Liquid Flow in Impeller Swept Regions of Baffled and Unbaffled Vessels with a TurbineType Agitator. Brazilian Journal of Chemical Engineering, Vol. 32, No. 04, Hal. 865 – 873, ISSN: 0104 – 6632 Zlokarnik, Marko. 2001. Stirring Theory and Practice. Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH



LAMPIRAN A DATA PERCOBAAN A.1 Pola Aliran Tabel A.1 Pola Aliran Tanpa dan Dengan Sekat



Gambar Pola Aliran Jenis Impeller



Kecepatan (rpm)



Paddle



280



Tanpa Sekat



Dengan Sekat



6 cm



Radial



Propeller



280



Aksial



4,7 cm



Radial



Aksial



A.2 Dispersi Padatan dengan Variasi Kecepatan Tabel A.2 Variasi Kecepatan untuk Dispersi Rimbang ke dalam Air (H2O) Kecepatan



Jenis impeller



Sekat



295 Tanpa Sekat



310 325



Waktu Pencampuran (detik)



Vorteks (cm)



9,85



7,5



Keterangan Kawasan Terdispersi Mati Seluruhnya Tidak Ada



10,14



8,3



Tidak Ada



17,1



7,9



Tidak Ada



9,48



-



Tidak Ada



Seluruhnya



9,78



-



Tidak Ada



Seluruhnya



9,17



-



Tidak Ada



Seluruhnya



21,5



6



Tidak Ada



Seluruhnya



11,6



6,6



Tidak Ada



Seluruhnya



17,03



6,9



Tidak Ada



Seluruhnya



8,8



-



Tidak Ada



Seluruhnya



11,5



-



Tidak Ada



Seluruhnya



19,3



-



Tidak Ada



Seluruhnya



Seluruhnya Seluruhnya



Paddle 295 Dengan Sekat



310 325



295 Tanpa Sekat



310 325 Propeller 295



Dengan Sekat



310 325



Ket : Posisi Pengaduk = 2/5 Fraksi massa



= 28 gram



A.3 Dispersi Padatan dengan Variasi Fraksi Padatan Tabel A.3 Variasi Fraksi Padatan untuk Dispersi Rimbang ke dalam Air (H2O) Fraksi Padatan (gr)



Jenis impeller



Sekat



14 Tanpa Sekat



28 32



Keterangan Kawasan Terdispersi Mati



Waktu Pencampuran (detik)



Vorteks (cm)



9,45



7,2



Tidak Ada



9,99



7,8



Tidak Ada



9,50



8,3



Tidak Ada



9,76



-



Tidak Ada



10,31



-



Tidak Ada



Seluruhnya



9,84



-



Tidak Ada



Seluruhnya



10,07



7,1



Tidak Ada



Seluruhnya



10,62



6,1



Tidak Ada



Seluruhnya



10,33



6,9



Tidak Ada



9,57



-



Tidak Ada



Seluruhnya



9,88



-



Tidak Ada



Seluruhnya



10,79



-



Tidak Ada



Seluruhnya



Seluruhnya Seluruhnya Seluruhnya



Paddle 14 Dengan Sekat



28 32



14 Tanpa Sekat



28 32



Seluruhnya



Seluruhnya



Propeller 14 Dengan Sekat



28 32



Ket : Posisi Pengaduk = 2/5 Kecepatan



= 310 rpm



A.4 Dispersi Padatan dengan Variasi Posisi Pengaduk Tabel A.4 Variasi Posisi Pengaduk untuk Dispersi Rimbang ke dalam Air (H2O) Posisi Pengaduk (C/H)



Jenis impeller



Sekat



1/5 Tanpa Sekat



2/5 3/5



Waktu Pencampuran (detik)



Vorteks (cm)



Keterangan Kawasan Terdispersi Mati



9,79



7,1



9,17



7,4



Tidak Ada



Seluruhnya



8,64



6,7



Tidak Ada



Seluruhnya



9,66



-



Tidak Ada



Seluruhnya



9,23



-



Tidak Ada



Seluruhnya



7,27



-



Tidak Ada



Seluruhnya



9,08



6,3



Tidak Ada



Seluruhnya



8,44



6,8



Tidak Ada



Seluruhnya



12,09



6,7



Tidak ada



7,72



-



Tidak Ada



Seluruhnya



9,43



-



Tidak Ada



Seluruhnya



10,84



-



Tidak Ada



Seluruhnya



Tidak Ada



Seluruhnya



Paddle 1/5 Dengan Sekat



2/5 3/5



1/5 Tanpa Sekat



2/5 3/5



Seluruhnya



Propeller 1/5 2/5



Dengan Sekat



3/5



Ket : Fraksi Massa



= 28 gram



Kecepatan



= 310 rpm



A.5 Pencampuran Cairan yang Tidak Saling Melarut Tabel A.5 Variasi Kecepatan untuk Dispersi Cairan minyak Pertalite yang Tidak Saling Melarut Keterangan Waktu Jenis Kecepatan Sekat Pencampuran Vorteks impeller Kehomogenan (detik) (cm) 295



36,25



7,8



Homogen



35,19



8,0



Homogen



90,17



9,4



Homogen



31,14



-



Homogen



16,52



-



Homogen



325



21,56



-



Homogen



295



17,42



5,9



Homogen



20,19



6,5



Homogen



26,12



6



Homogen



21,92



-



Homogen



17,04



-



Homogen



21,49



-



Homogen



Tanpa Sekat



310 325 Paddle 295



Dengan Sekat



310



Tanpa Sekat



310 325 Propeller 295 310 325 Ket : Posisi Pengaduk = 2/5



Dengan Sekat



LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN



B.1. Perhitungan Bilangan Reynold (NRe) Diameter Impeller Propeller (Da)



: 0,081 m



Kecepatan Pengaduk (N)



: 4,3337 rps



Densitas Air pada 30oC



: 995,68 kg/m3



Viskositas Air pada 30oC



: 0,0008007 cP 8,007 x 10-4



𝑁𝑅𝑒 =



𝐷𝑎2 × 𝑁 × 𝑃 µ



𝑁𝑅𝑒 =



0,0812 × 4,3337 × 995,68 8,007 𝑥 10−4



(Geankoplis, 1993)



(Geankoplis, 1993)



𝑁𝑅𝑒 = 34489,6489 Nilai NRe yang diperoleh adalah 34489,6489 yang berarti aliran terjadi pada proses pengadukan adalah aliran turbulen.



B.2. Perhitungan Daya



Gambar B.1. Grafik Korelasi antara NRe dengan NP Keterangan : 1. Flat Six-blode turbine with disk 2. Flat six-blode open turbine 3. Six-blode open turbine bat blodes at 45o 4. Propeller, Pitch = 2 Do 5. Propeller, pitch = Da



Dari grafik korelasi antara NRe dan NP untuk turbine disk, diperoleh nilai NP = 5,5 pada NRe = 34489,6489 dan N = 4,3337 rps P 𝑁𝑝 = 3 ρ × 𝑁 × 𝐷𝑎5 𝑃 = 𝑁𝑃 × 𝜌 × 𝑁3 × 𝐷𝑎5 𝑃 = 5,5 × 995,68 × 4,8333 × 0,085 𝑃 = 2,0262 J/s



LAMPIRAN E APLIKASI INDUSTRI MONITORING DAN PENGENDALIAN CONTINUOUS FLOW MIXING MENGGUNAKAN SIMATIC PCS 7 DENGAN METODE MODEL PREDICTIVE CONTROL Model Predictive Control adalah metode aljabar linear untuk memprediksi sinyal urutan manipulasi variabel kontrol. MPC adalah sarana yang digunakan secara luas untuk menangani masalah besar kontrol multivariabel yang disertai dengan kendala-kendala di industri. Alat Continuous Flow Mixing adalah alternatif alat yang sering digunakan di industri untuk mempercepat proses pengerjaan suatu plant mixing.Continuous Flow Mixing yang dirancang pada skripsi ini adalah alat pencampuran dua cairan secara kontinyu dimana proses dosing, mixing, dan drain terjadi secara serempak. Meliputi diagram blok sistem, cara kerja sistem, gambar rancangan alat, konfigurasi hardware dan software pada SIMATIC PCS 7. Perancangan sistem alat Continuous Flow Mixingdirancang dengan spesifikasi sebagai berikut : a.Karakteristik spesifikasi motor DC, solenoid valve, sensor level, sensor aliran, motor DC, heater, dan sensor temperatur. b.Penerapan Distributed Control System sebagai monitoring dan pengendalian proses. c.Spesifikasi umum kontroler Model Predictive Control. d.Karakteristik spesifikasi pemrograman SIMATIC PCS 7. e.Spesifikasi umum mengenai Human Machine Interface (HMI). Penampung air terdiri dari dua penampung atas yaitu penampung 0109 yang berisi cairan berwarna biru dan penampung 1109 yang berisi cairan berwarna kuning. Keluaran cairan sesuai setpoint 3 yang dikontrol oleh Model Predictive Control dikenali oleh sensor aliran. Saat mulai dosing, motor pengaduk juga bergerak dan heater menyala. Kemudian cairan dikeluarkan sesuai setpoint keluaran yang telah ditentukan. Fokus pengerjaan pada skripsi ini adalah pengendalian aliran cairan dan temperatur oleh Model Predictive Control. Semua proses Continuous Flow Mixing tersebut dimonito dan dikendalikan oleh DCS tipe SIMATIC PCS 7. Pengendaliannya dilakukan dengan membuat CFC, dan SFC. Untukmemonitor semua proses dilakukan pembuatan gambar proses menggunakan WinCC sebagai Human Machine Interface (HMI). Dengan menggunakan DCS tipe SIMATIC PCS 7 dapat membantu dalam pembuatan program dengan sistem yang kompleks dengan pembuatan CFC, SFC, dan tampilan WinCC juga membantu dalam mengoptimalkan plant sesuai dengan setpoint yang telah dirancang. Model Predictive Control yang telah dirancang dan diimplementasikan pada SIMATIC PCS 7, Continuous Flow Mixing dalam hal ini pengendalian dosing dan heating, memberikan nilai yang cukup baik dari pengujian yang dilakukan. (Risdhayanti, tanpa tahun).



Gambar 4.Plant Continuous Flow Mixing (Risdhayanti, tanpa tahun).



LAMPIRAN F FOTO PERCOBAAN



F. 1 Foto Percobaan Pola Aliran F.1.1 Pola Aliran Pada Paddle



(a)



(b)



Gambar F.1 Pola Aliran Pada Paddle (a) Tanpa dan (b) Dengan Sekat



F.1.2 Pola Aliran Pada Propeller



(a)



(b)



Gambar F.2 Pola Aliran Pada Propeller (a) Tanpa dan (b) Dengan Sekat



F.2 Dispersi Padatan F.2.1 Dispersi Padatan Dengan Menggunakan Paddle



(a)



(b)



Gambar F.3 Dispersi Padatan Dengan Menggunakan Paddle (a) Tanpa dan (b) Dengan Sekat



F.2.2 Dispersi Padatan Dengan Menggunakan Propeller



(a)



(b)



Gambar F.4 Dispersi Padatan Dengan Menggunakan Propeller (a) Tanpa dan (b) Dengan Sekat



F.3 Campuran tidak saling Melarut F.3.1 Campuran tidak saling Melarut Dengan Menggunakan Paddle



(a)



(b)



Gambar F.5 Campuran tidak saling Melarut Dengan Menggunakan Paddle (a) Tanpa dan (b) Dengan Sekat



F.3.2 Campuran tidak saling Melarut Dengan Menggunakan Propeller



(a)



(b)



Gambar F.6 Campuran tidak saling Melarut Dengan Menggunakan Propeller (a) Tanpa dan (b) Dengan Sekat