Modul Lab OTK I - Teknik Kimia UNSYIAH

E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
MODUL PERCOBAAN I
DEEP BED FILTER
1.
TUJUAN PERCOBAAN
Melakukan pemisahan padatan yang tersuspensi di dalam cairan dan melihat
pengaruh konsentrasi padatan dan tekanan operasi terhadap laju pengeluaran
filtrat.
2.
DASAR TEORI
Filtrasi adalah pembersihan partikel padat dari suatu fluida dengan
melewatkannya pada medium penyaringan, atau septum, yang di atasnya padatan
akan terendapkan (Noviati, 2009). Filtrasi adalah suatu operasi pemisahan
campuran antara padatan dan cairan dengan melewatkan umpan (slurry) melalui
medium penyaring. Untuk semua proses filtrasi, umpan mengalir disebabkan
adanya tenaga dorong berupa beda tekanan, sebagai contoh adalah akibat gravitasi
atau tenaga putar. Secara umum filtrasi dilakukan bila jumlah padatan dalam
suspensi relatif lebih kecil dibandingkan zat cairnya (Anonim, 2008).
Filtrasi adalah proses penyaringan air melalui media pasir atau bahan sejenis
untuk memisahkan partikel flok atau gumpalan yang tidak dapat mengendap, agar
diperoleh air yang jernih. Penyaringan adalah pengurangan lumpur tercampur dan
partikel koloid dari air limbah dengan melewatkan pada media yang porous.
Kedalaman penyaringan menentukan derajat kebersihan air yang disaringnya pada
pengolahan air untuk minum.
Mekanisme yang dilalui pada filtrasi:
a.
Air mengalir melalui penyaring glanular.
b.
Partikel-partikel tertahan di media penyaring.
c.
Terjadi reaksi-reaksi kimia dan biologis (Envist, 2009).
2.1. Jenis-jenis Peralatan Filtrasi
2.1.1. Sand Filter
Peralatan filtrasi ini digunakan pada saat dimana sejumlah kecil dari padatan
akan dipisahkan dari cairan dalam jumlah besar. Medium filter ini terdiri dari batu
kerikil kasar serta pasir halus yang bertindak sebagai medium filter yang
sebenarnya. Air diumpankan dari atas melalui baffle dan filtratnya ditampung
pada bagian dasar. Filtrasi berlangsung sampai endapan partikel dari saringan
penyumbat pasir dan laju alirnya menurun. Untuk itu diperlukan backwash
1 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
dengan cara memasukkan air dengan arah yang berlawanan dengan pemasukan
umpan.
2.1.2. Plate and Frame Filter
Peralatan filter ini terdiri dari plate and frame yang tersusun bersama
dengan suatu filter cloth, dimana plate memiliki saluran untuk mengeluarkan
cairan filtrate jernih ke masing-masing plate. Umpan slurry dimasukkan melalui
saluran menuju frame yang terbuka sehingga slurry tersebut memenuhi frame.
Filtrate mengalir di antara cloth dan padatan akan membentuk cake pada bagian
frame dari cloth. Filtrat mengalir di antara filter cloth dan permukaan plate
menuju saluran pengeluaran. Filtrasi berlangsung sampai frame dipenuhi oleh
padatan, kemudian dilakukan pencucian sehingga cake akan meninggalkan plate.
Di sinilah terdapat saluran terpisah untuk memasukkan air pencucian cloth pada
setiap sistem dari frame dan keluar melalui saluran pembuangan.
2.1.3. Leaf Filter
Leaf filter dirancang untuk sejumlah besar slurry dengan pencucian yang
lebih efisien. Pada alat filtrasi ini slurry memasuki tangki dan ditekan sehinggga
menerobos filter cloth dimana cake akan terdeposit ke sisi luar dari leaf. Untuk
memisahkan cake maka shell harus dibuka dan kadang-kadang diberikan udara
dengan arah yang berlawanan ke dalam leaf untuk mengeluarkan cake.
2.1.4. Continuos Rotary Vacum Drum Filter
Jenis ini merupakan peralatan yang berguna untuk penyaringan, pencucian,
dan pengeluaran cake dalam urutan yang kontinu. Dimana drum dilengkapi
dengan sebuah medium filter serta drum berputar dimana suatu katup otomatias
yang berada ditengah membantu menjalankan penyaringan, pencucian, dan
pengeluaran cake.
2.1.5. Media Filter
Media filter untuk filtrasi sering digunakan untuk memisahkan padatan yang
akan tersaring dari slurry dan menghasilkan filtrat yang jernih. Porosnya juga
tidak mudah tersumbat sehingga laju filtrat cepat. Media filter harus dapat
memisahkan cake secara mudah dan bersih dan harus tahan secara kimia terhadap
larutan-larutan yang digunakan.
2.2. Jenis-Jenis Filter
2.2.1. Filter Butiran (Granular Filter)
Filter butiran terdiri dari:
2 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
a.
Filter pasir lambat
Suatu filter pasir lambat terdiri dari satu lapisan pasir yang ditahan oleh
sekitar 30 cm pecahan batu (gravel). Pasir biasanya mempunyai ukuran efektif 0.2
– 0.35 mm dengan kedalaman sekitar 60 – 120 cm. Air dialirkan ke filter tersebut
dengan laju alir sekitar 0.034 – 0.1 l/m2.det (0.05 – 0.015 gpm/ft2). proses filtrasi
dihentikan dan filternya dikeringkan dan lapisan permukaan bagian atas dari pasir
dibuang dengan cara “scrapping”. Karena laju alir air yang rendah, filter pasir
lambat membutuhkan areal yang luas dan “capital cost” agak tinggi.
b.
Filter Pasir Cepat (Rapid Sand Filter)
Filter pasir cepat terdiri dari 0.4 – 0.7 m lapisan pasir yang ditahan di atas
30 – 60 cm pecahan batu (gravel). Di dalam filter pasir cepat ukuran pasir efektif
adalah 0.4 – 0.8 mm (lebih besar daripada untuk filter pasir lambat). Laju alir air
biasanya sekitar 1.3 – 2.7 l/m2.det (2 – 4 gpm/ft 2). Unggun dibersihkan dengan
cara mengalirkan air melalui unggun berlawanan arah (back wash) dengan
kecepatan sedemikian sehingga unggun mengembang dan padatan yang tersumbat
terlepas dan terbawa bersama air cucian keluar.
c.
Filter Multimedia
Pada filter multimedia, unggun terdiri dari dua atau lebih lapisan bahan
butiran yang berbeda. Sebagai contoh, filter media ganda yang biasa terdiri dari
50 cm lapisan partikel batubara anthrasit dengan ukuran 1 mm diatas 30 cm
lapisan pasir silika dengan ukuran 0.5 mm. Lapisan atas (batubara anthrasit) yang
lebih besar ukuran pori-porinya berfungsi untuk mengurangi beban kandungan
padatan pada lapisan bawah (pasir silika).
d.
Precoat Filter
Bahan filter yang digunakan pada precoat filter ini adalah lapisan tipis
daripada tanah diatomi (diatomaceous) atau perlit yang dibuang pada akhir masa
pemakaian atau akhir siklus filtrasi. Bahan ini (endapan tanah diatomi) terdiri dari
kerangka fosil dari mikroskopik diatomi yang terbentuk jutaan tahun yang silam.
Bahan ini digali, kemudian dihancurkan, dikalsinasi, dipisahkan untuk
mendapatkan butiran halus yang berpori dengan berbagai bentuk yang
mempunyai ukuran 5-50 mikron.
e.
Plate dan Frame Filter Press
Sebuah filter terdiri dari sejumlah plat dan bingkai yang dipasang
sedemikian rupa sehingga diantara dua plat terdapat sebuah bingkai yang
3 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
membentuk sebuah ruang kosong untuk menampung slurry. Plat yang
permukaannya beralur-alur yang dibungkus dengan bahan penyaring seperti kain
atau kanvas yang diapit oleh bingkai-bingkai memungkinkan proses filtrasi
terjadi.
Pada masing-masing plat dan bingkai terdapat empat buah lubang yaitu dua
lubang lurus dan dua lubang bercabang. Dua buah lubang bercabang pada bagian
atas bingkai masing-masingnya diberi lubang untuk slurry masuk ke dalam
rongga kosong dan dua buah lubang bercabang pada bagian bawah plat
dihubungkan dengan alur-alur permukaan plat untuk mengumpulkan dan
mengalirkan filtrat. Dua buah lubang lurus atau tidak bercabang pada bagian atas
plat gunanya untuk mendistribusikan slurry ke masing-masing ruang kosong di
antara dua buah plat dan satu bingkai. Sedangkan dua buah lubang lurus atau
tidak bercabang pada bagian bawah bingkai gunanya untuk mengumpulkan filtrat
dari alur-alur permukaan plat-plat yang satu dan lainnya. Jumlah plat dan bingkai
yang dipasang dapat disesuaikan dengan jumlah slurry yang akan diolah. Jumlah
plat berbanding lurus dengan luas medium filter demikian pula dengan volum
filtrat.
f.
Bag Filter
Bag filter atau filter kantong digunakan untuk menghilangkan padatan
tersuspensi didalam udara atau gas. Bahan kantong biasanya digunakan kain
khusus atau kanvas. Salah satu jenis bag filter yang sederhana adalah vacum
cleaner yang hanya mempunyai sebuah kantong. Bag filter biasanya dipakai di
pabrik semen mempunyai puluhan atau ratusan kantong. Jumlah kantong
disesuaikan dengan jumlah bahan yang diproses seperti pada plate dan frame filter
press dimana jumlah plate dan frame-nya disesuaikan dengan jumlah bahan yang
diolah. Kantong biasanya dipasang terbalik (mulut ke bawah) hal ini bertujuan
untuk memudahkan pembersihan dan pengeluaran padatan yang menempel pada
kantong.
Udara atau gas yang mengandung padatan dialirkan dari arah bawah ke atas
melalui mulut-mulut kantong kedalam kantong-kantong meninggalkan padatan,
menempel dalam dinding dalam kantong. Udara atau gas yang sudah bersih
meninggalkan kantong-kantong dari arah atas menuju saluran keluaran atau outlet.
Lama-kelamaan jumlah padatan yang menempel pada dinding kantong semakin
tebal yang mengakibatkan aliran udara atau gas terhambat, sehingga pada waktuwaktu tertentu kantong-kantong tersebut digetarkan dan padatan yang menempel
pada dinding kantong lepas dan jatuh k ebawah, dan dikeluarkan dengan screw
atau belt conveyor melalui suatu sistem feeder tertutup.
4 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
2.3. Media Penyaring




Septum di dalam setiap penyaring harus memenuhi persyaratan berikut:
Penyaring harus menahan padatan yang disaring, menghasilkan filtrat yang
cukup jernih.
Penyaring harus tidak tersumbat.
Penyaring harus tahan zat kimia dan cuku kuat secara fisik terhadap operasi
yang terjadi.
Penyaring harus dapat membuat semua cake mudah untuk dibuang.
Kehilangan daya tekan (head loss) untuk suatu unggun butiran dengan
partikel yang seragam, kehilangan tekanan awal dalam suatu unggun yang bersih
diberikan oleh persamaan Kozeny berikut:
HL 
 1    L  2
us
 f p  3 

   DP 
P
Dimana:
HL
p
L
Dp

us
fp
=
=
=
=
=
=
=
kehilangan daya tekan (head loss)
kehilangan tekanan (pressure drop)
tinggi unggun
diameter partikel efektif
fraksi ruang kosong dalam unggun
kecepatan superfisial
faktor gesekan
Bila unggun terdiri dari beberapa lapisan bahan yang berbeda, persamaan
Kozeny dapat dipakai untuk masing-masing lapisan secara terpisah. Kalau terjadi
distribusi ukuran partikel secara kontinu sepanjang kedalaman unggun, persamaan
Kozeny harus ditulis dalam bentuk differensial kemudian diintegrasikan dengan
batasan sepanjang unggun tersebut (O-L).
5 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
3.
PROSEDUR PERCOBAAN
Valve 7
Valve 6
Manometer
Unggun
Valve 5
Valve 9
Valve 8
Valve 3
Valve 4
Valve 2
Valve 1
Bak Filtrat
Bak Slurry
Pompa
Gambar 1. Alat DBF
a)
Pembuatan slurry
Dilarutkan sejumlah kapur ke dalam air sehingga mencapai konsentrasi
tertentu sesuai tugas yang diberikan.
b)
Tahap downward
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Dibuka kran (1) dan (3).
Dihidupkan pompa sehingga slurry tersikulasi ke dalam kolom filtrasi.
Diaturlah laju alir slurry dengan membuka kran (5), bila aliran tidak
cukup maka tutup kran sirkulasi (3) perlahan sehingga mencapai laju
alir yang diinginkan.
Dibuka kran (6) dan (9), setelah kran terisi penuh dan tinggi air pada
tube manometer menunjukkan ketinggian yang sama. Jika masih
terdapat udara dalam kolom, dibuka kran vent yang terdapat pada
puncak kolom sehingga air keluar dari kran vent tersebut.
Diambil filtrat pada t = 0 dan seterusnya sesuai dengan tugas.
Dicatat pembacaan manometer pada tiap-tiap pipa.
6 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
7.
8.
c)
Tahap backwash
1.
2.
3.
4.
d)
Dibuka kran (2), (4), dan (7), sedangkan kran lainnya dalam keadaan
tertutup.
Diatur laju alir backwash dengan membuka kran (5).
Dihitung pressure drop selama proses backwash sesuai dengan tugas.
Diambil filtrat untuk dihitung absorbansinya sesuai tugas yang
diberikan.
Menghentikan peralatan
1.
2.
3.
e)
Dihitung absorbansi dari filtrat yang diambil.
Dihitung head loss pada setiap titik dan waktu sesuai dengan tugas.
Dimatikan semua peralatan dengan menekan tombo “OFF” setelah
percobaan selesai.
Diputuskan hubungan peralatan dengan sumber arus dan sumber air.
Dipastikan tidak ada genangan air di sekitar peralatan setelah anda
melakukan praktikum.
Perawatan peralatan
1.
2.
3.
Dibersihkan tangki penampung dan peralatan backwash sampai
bersih.
Diperiksa dengan teliti rangkaian listrik dari peralatan dan jangan
diletakkan di dekat genangan air.
Diperiksa kran pembuka untuk pengambilan sampel berada di
tempatnya.
7 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
4.
PENUGASAN
No
Konsentrasi
CaCO3
(mg/L)
1
350
2
320
3
4
5
6
300
410
330
390
270
400
250
350
Waktu
(menit)
Interval
Waktu
(Menit)
Volume
Larutan
(L)
80
20
150
60
15
250
3
50
10
300
2,5
75
15
180
3,5
40
10
350
3
60
20
260
Laju Alir
(L/menit)
2
2,5
1,5
4
7
290
1,5
4
60
15
220
8
340
420
3,5
50
10
320
9
250
75
25
200
10
380
45
15
360
2
3
3,5
4,5
8 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
5.
DATA PENGAMATAN
5.1. Hubungan Pressure Drop terhadap Kedalaman Unggun pada Tahap
Downward
M =
Pipa
mg/L
Waktu =
Q=
L/menit
menit
M =
mg/L
Waktu =
Q=
L/menit
menit
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
9 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
40
41
5.2. Hubungan Pressure Drop terhadap Kedalaman Unggun pada Tahap
Backwash
M =
Pipa
mg/L
Waktu =
Q=
L/menit
menit
M =
mg/L
Waktu =
Q=
L/menit
menit
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
10 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
38
39
40
41
5.3. Hubungan Head Loss terhadap Kedalaman Unggun pada Tahap
Downward
M =
Pipa
mg/L
Waktu =
Q=
L/menit
menit
M =
mg/L
Waktu =
Q=
L/menit
menit
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
11 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
36
37
38
39
40
41
5.4. Hubungan Head Loss terhadap Kedalaman Unggun pada Tahap
Backwash
M =
Pipa
mg/L
Waktu =
Q=
L/menit
menit
M =
mg/L
Waktu =
Q=
L/menit
menit
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
12 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
34
35
36
37
38
39
40
41
5.5. Turbidity (Kekeruhan)
Data turbidity filtrat :
ppm =
ppm =
NTU
NTU
5.5.1 Turbidity pada Tahap Downward
M =
Pipa
mg/L
Waktu =
Q=
L/menit
menit
M =
mg/L
Waktu =
Q=
L/menit
menit
M =
mg/L
Waktu =
Q=
L/menit
menit
5.5.2 Turbidity pada Tahap Backwash
M =
Pipa
mg/L
Waktu =
Q=
L/menit
menit
13 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
MODUL PERCOBAAN II
PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI
1.
TUJUAN PERCOBAAN
Menentukan Temperatur film (Tf), Bilangan Reynold (NRe), Bilangan
Grassholf (NGr), Bilangan Prant (NPr), Bilangan Nussel (NNu) dan Koefisien
Perpindahan Panas (h).
2.
DASAR TEORI
Konsep Dasar Perpindahan Panas
Dalam peristiwa perpindahan panas jika dalam suatu sistem terdapat
gradient suhu maka akan terjadi perpindahan energi. Perpindahan terjadi dari
temperatur tinggi ke temperatur rendah, dan perpindahan panas tersebut akan
berhenti ketika kedua medium telah mencapai temperatur yang sama (setimbang).
Panas dapat dipindahkan dalam tiga jenis cara yang berbeda yaitu: konduksi,
konveksi dan radiasi.
Perpindahan panas mencakup mengenai perpindahan energi karena
perbedaan temperatur diantara dua benda atau material. Di samping itu
perpindahan panas juga meramalkan laju perpindahan panas pada kondisi tertentu.
Persamaan fundamental didalam perpindahan panas merupakan persamaan
kecepatan yang menghubungkan kecepatan perpindahan panas sebagai diantara
dua sistem dengan sifat termodinamik dalam sistem tersebut. Gabungan
persamaan kecepatan, kesetimbangan energi, dan persamaan keadaan
termodinamis menghasilkan persamaan yang dapat memberikan distribusi
temperatur dan kecepatan perpindahan panas. Jadi, pada dasarnya teori
perpindahan panas adalah termodinamika dengan persamaan kecepatan yang
ditambahkan.
Oleh karena termodinamika berkisar pada energi maka seluruh sifat-sifat
termodinamika berkaitan dengan energi. Keadaan atau kondisi termodinamika
suatu sistem didefenisikan berdasarkan sifat-sifatnya.
Mekanisme Perpindahan Panas
a.
Perpindahan Panas Konduksi
Perpindahan panas konduksi adalah proses dimana panas mengalir dari
daerah yang bertemperatur lebih tinggi ke daerah yang bertemperatur lebih rendah
di dalam satu medium (padat, cair atau gas). Perpindahan energi terjadi karena
14 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
adanya hubungan molekul secara langsung tanpa adanya perpindahan molekul
yang cukup besar.
Perpindahan energi tersebut dapat berlangsung dengan tumbukan elastik
(misalnya dalam fluida) atau dengan pembauran (difusi) elektron-elektron yang
bergerak secara lebih cepat dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang
bertemperatur rendah (misalnya dalam logam). Jika beda temperatur
dipertahankan dengan penambahan dan pembuangan panas di berbagai titik, maka
akan berlangsung aliran panas yang terus-menerus dari daerah yang lebih panas ke
daerah yang lebih dingin. Laju perpindahan panas dinyatakan dengan hukum
Fourier.
Dimana:
Q
= laju perpindahan panas (W)
k
= konduktivitas termal (W/m2.K)
A
= luas penampang (m2)
dT/dx
= gradien temperatur (K/m)
b.
Perpindahan Panas Konveksi
Perpindahan panas konveksi adalah proses perpindahan panas yang
disebabkan oleh aliran fluida. Konveksi juga merupakan proses pengangkutan
energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energi dan
gerakan mencampur. Konveksi sangat penting sebagai mekanisme perpindahan
energi antara permukaan benda padat dan cairan atau gas.
Pada umumnya perpindahan panas konveksi dinyatakan dengan hukum
pendinginan Newton.
Q = h.A (Td – T)
c.
Dimana:
Q
h
A
Td
T
= laju perpindahan panas (W)
= koefisien konveksi (W/m2.K)
= luas permukaan (m2)
= temperatur dinding (K)
= temperatur udara (K)
Perpindahan Panas Radiasi
Perpindahan panas secara radiasi terjadi tanpa adanya media yang
menghubungkan antara pengirim radiasi (benda panas) ke penerima radiasi (benda
tidak panas). Sebenarnya, semua benda yang suhunya akan melepaskan panasnya
secara radiasi ke benda di sekelilingnya, dimana benda yang paling panas, itulah
yang akan menjadi pemberi radiasi panas, sementara yang lebih dingin akan
menjadi penerima.
15 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
Besarnya panas yang diradiasikan oleh suatu benda dirumuskan melalui
hukum Stefan-Boltzmann.
Q = ε.A.σ (
Dimana:
ε
A
σ
)
= emisivitas (sifat radiasi pada permukaan)
= luas permukaan (m2)
= konstanta Stefan-Boltzman (5,67.108 W/m2.K4)
= temperatur absolute permukaan (K4)
= temperatur sekitar (K4)
Perpindahan Panas Secara Konveksi Alami dan Paksa
Perpindahan energi dengan cara konveksi dari suatu permukaan yang
temperaturnya di atas temperatur fluida sekitarnya berlangsung dalam beberapa
tahap. Pertama, panas akan mengalir dengan cara konduksi dari permukaan ke
partikel-partikel fluida yang berbatasan. Energi yang berpindah dengan cara
demikian akan menaikkan temperatur dan energi dalam partikel-partikel fluida ini.
Kemudian partikel-partikel fluida tersebut akan bergerak ke daerah yang
bertemperatur lebih rendah di dalam fluida dimana akan bercampur dan
memindahkan sebagian energinya kepada partikel-partikel fluida lainnya. Energi
sebenarnya disimpan di dalam partikel-partikel fluida dan diangkut sebagai akibat
gerakan massa partikel-partikel tersebut. Perpindahan panas konveksi dibagi dua
yaitu konveksi bebas (free convection) dan konveksi paksa (forced convection).
Bila gerakan mencampur berlangsung sebagai akibat dari perbedaan
kerapatan yang disebabkan oleh gradien temperatur maka disebut konveksi bebas.
Dan bila gerakan mencampur disebabkan oleh suatu alat dari luar, seperti pompa
atau kipas maka prosesnya disebut dengan konveksi paksa. Keefektifan
perpindahan panas konveksi tergantung sebagian besarnya pada gerakan
mencampur fluida. Besarnya konveksi tergantung pada:

Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida (A).

Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (ΔT).

Koefisien konveksi (h), yang tergantung pada :
1)
viskositas fluida
2)
kecepatan fluida
3)
perbedaan temperatur antara permukaan dan fluida
4)
kapasitas panas fluida
5)
kerapatan massa fluida
16 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
6)
a.
bentuk permukaan kontak
Konveksi Alami
Perpindahan sistem konveksi alami terjadi karena fluida dengan proses
pemanasan, berubah densitasnya, sehingga fluidanya bergerak. Gerakan fluida
dalam konveksi bebas, baik fluida gas maupun cair, terjadi karena gaya apung
yang alami apabila densitas fluida di dekat permukaan perpindahan panas
berkurang sebagai akibat proses pemanasan. Sebagai contoh sebuah plate verikal
panas yang berada dalam kotak thermal dalam udara pada suhu kamar, suhu udara
yang berada dalam kontak dengan plate akan sama dengan suhu plate dan diantara
plate dengan ruangan terdapat perbedaan gradien suhu. Berbedaan suhu antara
permukaan plate dan udara di dalam ruangan pada jarak tertentu menyebabkan
terjadi perpindahan panas melalui konduksi ke arah arus yang menyebabkan
terbawa panas melalui konveksi pada arah sejajar dengan plate.
b.
Konveksi Paksa
Konveksi paksa disebabkan karena adanya gaya pemaksa yang
menyebabkan fluida bergerak dan mempunyai kecepatan. Pada umumnya
peralatan untuk memindahkan panas pada industri maupun otomotif
menggunakan sisitem konveksi paksa. Sebagai gambaran adalah fenomena
perpindahan panas aliran didalam pipa yang dinyatakan sebagai:
Q = m . cp . dTb
= h . 2π . r ( Tw – Tb ) dx
Angka Nusselt untuk aliran turbulen sepenuhnya adalah:
Nud = 0,023 Red 0.8 Prn
Dimana: n = nilai eksponen
Angka Nusselt untuk aliran laminar sepenuhnya adalah:
( ⁄ )
[( ⁄ )
Dimana: d
L
]
⁄
= diameter pipa
= panjang pipa
17 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
Koevisien perpindahan panas konveksi dibantu oleh:
3.
PROSEDUR PERCOBAAN
Prosedur percobaan dilakukan sebagai berikut:
a) Rangkai peralatan yang meliputi :
 Pasang salah satu sampel (Finned dan Pinned) pada sisi bagian
belakang kolom apparatus yang terhubung dengan heater power
 Pasang thermometer pada sampel melalui apparatus hole (Tw),
window hole (Tb) dan lingkungan (Ta)
b) Setelah peralatan terpasang dengan lengkap dan aman, sambungkan
Themal Convection dengan sumber listrik dan tekan tombol Supply.
c) Set Heater Power sesuai dengan penugasan yang diberikan. Amati dan
catat perubahan suhu pada masing-masing thermometer yang terpasang
(Tw, Tb dan Ta).
d) Untuk konveksi paksa, prosedur kerja sama dengan point a,b,c dan
tetapi sebelumnya di atur fan speed sesuai dengan penugasan. Amati
dan catat perubahan suhu pada masing-masing thermometer yang
terpasang (Tw, Tb dan Ta).
e) Setelah percobaan selesai, matikan heater power, buka semua peralatan
yang terpasang (sampel dan thermometer) serta jagalah bersihan tempat
anda bekerja.
f) Periksa dengan teliti rangkaian listrik pada peralatan agar tidak ada lagi
yang terhubung satu sama lain.
4.
PENUGASAN (lingkari penugasan yang diinginkan)
Konveksi Alami
P = 5 watt
P = 10 watt
P = 15 watt
P = 20 watt
P = 25 watt
Konveksi Paksa
P1 dan P2 sama pada konveksi alami
v = 5 m/s
v = 10 m/s
v = 15 m/s
v = 20 m/s
v = 25 m/s
18 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
5.
DATA PENGAMATAN
5.1. Konveksi Alami
Tabel 5.1 Konveksi Alamiah pada Pinned
P (watt)
………
………
T (menit)
Tw (C)
Tb (C)
Ta (C)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
19 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
Tabel 5.2 Konveksi Alamiah pada Finned
P (watt)
………
………
T (menit)
Tw (C)
Tb (C)
Ta (C)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
20 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
5.2. Konveksi Paksa
Tabel 5.3 Konveksi paksa pada Pinned pada P1 = …… watt
v (m/s)
………
………
T (menit)
Tw (C)
Tb (C)
Ta (C)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
21 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
Tabel 5.4 Konveksi paksa pada Pinned pada P2 = …… watt
v (m/s)
………
………
T (menit)
Tw (C)
Tb (C)
Ta (C)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
22 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
Tabel 5.5 Konveksi paksa pada Finned pada P1 = …… watt
v (m/s)
………
………
T (menit)
Tw (C)
Tb (C)
Ta (C)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
23 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
Tabel 5.6 Konveksi paksa pada Finned pada P2 = …… watt
v (m/s)
………
………
T (menit)
Tw (C)
Tb (C)
Ta (C)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
24 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
MODUL PERCOBAAN III
PERPINDAHAN PANAS DALAM TANGKI
1.
TUJUAN PERCOBAAN
Menentukan pengaruh pengadukan terhadap koefisien perpindahan panas
keseluruhan (U) dan besarnya kehilangan panas.
2.
DASAR TEORI
Perpindahan energi dalam bentuk panas (heat) terjadi dalam banyak proses
kimia dan proses-proses lainnya. Perpindahan panas (heat transfer) adalah proses
perpindahan energi dari suatu benda atau sistem ke benda atau sistem lain sebagai
akibat dari gaya dorong (driving force) perbedaan temperatur. Perpindahan panas
sering terjadi dalam unit-unit operasi seprti pengeringan makanan, distilasi,
pembakaran bahan bakar dan evaporasi. Panas mengalir dari bagian temperatur
tinggi kebagian temperatur rendah. Perpindahan panas ini dapat terjadi secara
konduksi, konveksi dan radiasi.
Kalor dapat diangkut dengan tiga macam cara yaitu:
a.
Pancaran, sering juga dinamakan radiasi.
b.
Hantaran, sering juga disebut konduksi.
c.
Aliran, sering juga disebut radiasi.
Bila dalam suatu sistem terdapat gradien temperatur atau bila dua sistem
yang temperaturnya berbeda disinggungkan maka akan terjadi perpindahan energi
yang disebut panas (heat) atau dengan kata lain bila dua benda atau lebih terjadi
kontak termal maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bertemperatur lebih
tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah, hingga tercapainya
kesetimbangan termal. Energi ini tidak dapat diukur atau diamati secara langsung
tetapi arah perpindahan dan pengaruhnya dapat diamati dan diukur.
2.1. Konduksi
Konduksi ialah pengangkutan kalor melalui satu jenis zat sehingga
perpindahan kalor secara hantaran/konduksi merupakan satu proses pendalaman
karena proses perpindahan kalor ini hanya terjadi di dalam bahan. Arah aliran
energi kalor, adalah dari titik bersuhu tinggi ke titik bersuhu rendah. Perpindahan
secara konduksi ini dapat lebih mudah ditinjau jika perpindahan kalor terjadi
didalam zat padat isotropik, isotropik artinya adalah media tidak mempunyai
kecenderungan arah tertentu terhadap variable yang ditinjau dalam perpindahan
panas secara konduksi (Bird, dkk., 1960).
25 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
Persamaan Dasar Konduksi:
q = -k A dT/dx
Dimana:
q
= Laju Perpindahan Panas (kJ/det)
k
= Konduktifitas Termal (W/cm K atau J/cm s K)
A
= Luas Penampang (cm2)
dT = Perbedaan Temperatur (oF ,oC )
dx = Perbedaan Jarak (m/det)
2.2. Konveksi
Perpindahan panas secara konveksi terjadi ketika panas bergerak dari satu
tempat ke tempat lain dengan cara mengalir dengan menggunakan medium fluida.
Aliran itu disebut aliran konveksi dan dihasilkan dari perubahan densitas yang
dibawa oleh pengembangan panas pada fluida (Geankoplis, 1993).
Gerakan konstan yang terjadi karena molekul berpindah dari satu posisi dan
digantikan posisinya oleh molekul lainnya atau dapat dikatakan berpindahnya
suatu kalor disertai pergerakan fluida akibat gradient densitas pada fluida sekitar
plat. Peristiwa ini dinamakan konveksi alami. Sedangkan jika perpindahan
molekul dipengaruhi oleh gerakan atau dorongan dari luar atau fluida yang segaja
dihembuskan diatas plat dinamakan konveksi paksa. Untuk menyatakan pengaruh
menyeluruh konduksi, kita gunakan hukum newton tentang pendinginan
(Hermawan, 2011):
q  hA(Tw  T )
Dimana:
h
= koefisien perpindahan kalor konveksi
Tw = suhu permukaan dinding
T = suhu fluida
Profil temperatur untuk perpindahan panas dengan konveksi dari fluida
panas ke fluida dingin dapat dilihat pada gambar berikut:
26 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
Gambar 1 Profil aliran perpindahan panas
2.3
Radiasi
Yang dimaksud dengan pancaran (radiasi) ia1ah perpindahan ka1or mela1ui
gelombang dari suatu zat ke zat yang lain. Semua benda memancarkan ka1or.
Keadaan ini baru terbukti setelah suhu meningkat. Pada hakekatnya proses
perpindahan ka1or radiasi terjadi dengan perantaraan foton dan juga gelombang
elektromagnet. Terdapat dua teori yang berbeda untuk menerangkan bagaimana
proses radiasi itu terjadi. Semua bahan pada suhu mutlak tertentu akan menyinari
sejumlah energi ka1or tertentu. Semakin tinggi suhu bahan tadi maka semakin
tinggi pula energy ka1or yang disinarkan. Proses radiasi adalah fenomena
permukaan. Proses radiasi tidak terjadi pada bagian da1am bahan. Tetapi suatu
bahan apabila menerima sinar, maka banyak ha1 yang boleh terjadi. Apabila
sejumlah energi ka1or menimpa suatu permukaan, sebahagian akan dipantulkan,
sebahagian akan diserap ke da1am bahan, dan sebagian akan menembusi bahan
dan terus ke luar. Jadi da1am mempelajari perpindahan ka1or radiasi akan
dilibatkan suatu fisik permukaan.
3.
PROSEDUR PERCOBAAN
1)
Alat-alat
a.
b.
c.
d.
e.
f.
Tangki
Motor
Termometer
Batang Statis
Voltmeter
Pengaduk
1 buah
1 buah
9 buah
1 buah
1 buah
1 buah
g.
h.
i.
j.
k.
Heater
Timbangan
Stopwatch
Rol
Wayer
1 buah
1 buah
1 buah
1 buah
1 buah
27 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
2)
Bahan
a. Air
3)
Prosedur Percobaan
1. Hubungkan cok voltmeter ke saklar yang ada di laboratorium.
2. Hubungkan cok wayer ke saklar voltmeter.
3. Hubungkan skala voltmeter (jarum penunjuk) ke wayer.
28 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
4. Pasangkan motor ke batang statis, lalu sambungkan coknya ke wayer.
5. Masukkan sejumlah fluida (air) ke dalam tangki sesuai dengan penugasan
yang diberikan. Lalu timbang beratnya (W1) dan ukur tinggi air yang ada
di dalam tangki tersebut sesuai dengan penugasan yang diberikan.
6. Lalu letakkan tangki yang telah terisi air di atas batang statis, kemudian
pasang heater pada motor lalu sambungkan cok heater pada wayer.
29 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
7. Letakkan termometer masing-masing:
a. Pada dinding tangki bagian dalam
b. Pada dinding tangki bagian luar
c. Pada dasar tangki bagian dalam
d. Pada dasar tangki bagian luar
30 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
e. Pada heater
f. Pada permukaan fluida
g. Di atas permukaan fluida
h. Di tengah-tengah antara permukaan fluida dan dasar tangki
31 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
i. Di lingkungan atau ruangan
8. Setelah semua termometer dipasang pada tempatnya, catat temperatur
awal tiap-tiap termometer sebelum proses perpindahan panas dalam
tangki berlangsung. Selanjutnya tekan tombol on yang ada pada wayer
untuk menjalankan prosesnya.
9. Kemudian hidupkan stopwatch, lalu diamati dan dicatat temperatur fluida
pada masing-masing termometer yang dipasang dalam interval waktu
tertentu sesuai penugasan yang diberikan sampai temperaturnya
mencapai konstan.
10. Setelah temperatur fluida konstan, kemudian ditimbang sisa fluida yang
ada dalam tangki (W2) dan diukur sisa tinggi fluidanya.
32 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
11. Percobaan dilakukan berulang kali dengan memvariasikan besaran
voltase heater, baik dengan pengaduk maupun tanpa menggunakan
pengaduk sesuai dengan penugasan yang diberikan.
12. Setelah selesai percobaan, matikan semua peralatan dan putuskanlah
sumber arus listrik.
a. Tekan tombol OFF untuk mematikan sumber arus listrik, lalu
mencabut cok heater dari wayer.
b. Mencabut skala voltmeter (jarum penunjuk) dari wayer.
33 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
c. Mencabut cok wayer dari saklar voltmeter.
d. Mencabut cok voltmeter dari saklar yang ada dalam laboratorium
4.
PENUGASAN
 Volume fluida
:
%
 Kecepatan pengadukan : 0 rpm, 60 rpm, 80 rpm,100 rpm, 120 rpm,
150 rpm
 Voltase
: 100 volt, 120 volt, 150 volt, 180 volt, 200
volt
34 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
5.
DATA PENGAMANTAN
5.1 Untuk tangki tanpa pengaduk
Temperatur
Waktu
(Mnt)
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
Tinggi air sebelum pemanasan =
cm Massa air awal =
Tinggi air sesudah pemanasan =
cm Massa air akhir =
Waktu
(Mnt)
T1
T2
T3
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
Tinggi air sebelum pemanasan =
Tinggi air sesudah pemanasan =
Temperatur
T4
T5
T6
T7
cm Massa air awal =
cm Massa air akhir =
T8
T9
kg
kg
T8
T9
kg
kg
35 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
5.2 Untuk tangki berpengaduk
Waktu
(Mnt)
T1
T2
T3
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
Tinggi air sebelum pemanasan =
Tinggi air sesudah pemanasan =
Waktu
(Mnt)
T1
T2
T3
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
Tinggi air sebelum pemanasan =
Tinggi air sesudah pemanasan =
Temperatur
T4
T5
T6
T7
T8
cm Massa air awal =
cm Massa air akhir =
Temperatur
T4
T5
T6
T7
cm Massa air awal =
cm Massa air akhir =
T9
kg
kg
T8
T9
kg
kg
36 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
MODUL PERCOBAAN IV
ALIRAN FLUIDA
1.
TUJUAN PERCOBAAN
Menentukan faktor gesekan, kehilangan tekanan, bilangan Reynold,
kehilangan energi pada sistem perpipaan, serta melihat kemampuan (daya) suatu
pompa untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat lain dengan
menggunakan sistem perpipaan.
2.
DASAR TEORI
Fluida adalah zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk (distorsi)
secarapermanen. Bila kita mencoba mengubah bentuk suatu massa fluida, maka di
dalam fluidatersebut akan terbentuk lapisan-lapisan di mana lapisan yang satu
akan mengalir di ataslapisan yang lain, sehingga tercapai bentuk baru. Selama
perubahan bentuk tersebut,terdapat tegangan geser (shear stress), yang besarnya
bergantung pada viskositas fluidadan laju alir fluida relatif terhadap arah tertentu.
Pada temperatur dan tekanan tertentu, setiap fluida mempunyaidensitas tertentu.
Jika densitas hanya sedikit terpengaruh oleh perubahan yang suhu dantekanan
yang relatif besar, fluida tersebut bersifat incompressible. Tetapi jika
densitasnyapeka terhadap perubahan variabel temperatur dan tekanan, fluida
tersebut digolongkancompresible. Zat cair biasanya dianggap zat yang
incompresible, sedangkan gasumumnya dikenal sebagai zat yang compresible.
Dalam percobaan aliran fluida ini yang akan diamati adalah pengaruh
sistem perpipaan terhadap laju alir fluida dimana dalam sistem perpipan tersebut
ada pipa permukaan dalam yang kasar, pipa permukaan dalam yang halus, elbow,
orifice meter, ventury meter, pitot, static bend, sudden enlargement, sudden
contraction, gate valve, strainer dan ball valve.
Sistem instalasi pipa biasanya terdiri dari banyak sekali valve dengan
ukuran danbentuk yang beragam. Beberapa jenis valve sangat cocok untuk
membuka dan menutuppenuh aliran, ada valve yang cocok untuk mengurangi
tekanan dan laju aliran fluida, adapula valve yang berfungsi mengatur agar aliran
fluida terjadi pada satu arah saja.
Pada dasarnya faktor-faktor yang mempengaruhi aliran fluida adalah yang
menyangkut dengan sifat fluida yaitu tekanan, temperatur, densitas, dan
viskositas. Viskositas fluida mungkin dipengaruhi oleh besar dan lama aksi yang
bekerja terhadapnya. Viskositas fluida mungkin dipengaruhi oleh besar dan lama
aksi yang bekerja terhadapnya.
Disamping viskositas, sifat fluida yang penting lainnya adalah densitas
(massa per satuan volume). Density atau rapat jenis (ρ) suatu zat adalah ukuran
untuk konsentrasi zat tersebut dan dinyatakan dalam massa persatuan volume;
sifat ini ditentukan dengan cara menghitung nisbah (ratio) massa zat yang
terkandung dalam suatu bagian tertentu terhadap volume bagian tersebut.
37 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
Untuk mendapatkan hubungan antara berbagai jenis energi yang terkandung
dalam system aliran memerlukan anggapan atau asumsi. Suatu aliran dikatakan
steady jika, fluida yang mengalir kedalam system adalah seragam sifat atau
kecepatan, dalam hal ini tidak berubah terhadap waktu, fluida yang meninggalkan
system juga seragam pada sifat dan kecepatan tidak berubah waktu.
Jumlah massa yang masuk dan keluar system aliran fluida selalu tetap baik
untuk fluida tak termampatkan maupun fluida yang termampatkan. Sedangkan
volume fluida dapat berubah selama operasi aliran fluida. Laju alir massa dan laju
alir volume saling dihubungkan dengan densitas fluida.
M=Q.ρ
……………………………………………………..(4.1)
Energi merupakan hal penting dalam perhitungan neraca keseluruhan pada
suatu kontrol volume dengan menggunakan dasar-dasar konservasi energi.
Persamaan energi keseluruhan dapat diturunkan dari persamaan konservasi energi
yang dikombinasikan dengan hukum pertama termodinamika. Hukum pertama
termodinamika adalah:
ΔE = Q – W .............………………….…………………………(4.2)
Dimana:
E
= Energi persatuan massa fluida
Q
= Panas yang diserap atau dilepaskan persatuan massa fluida
W = Kerja persatuan massa fluida terhadap lingkungan
Energi yang terjadi dalam sistem dapat dikelompokkan dalam 3 bentuk
yaitu:
1.
2.
Energi potensial (zg) dari sistem masa fluida adalah energy yang timbul
karena posisi dari masa dalam gravitasi (g) dimana z tinggi relatif dalam
meter dari bidang.
Energi Kinetik (v2/2) dari satuan massa fluida adalah energi yang timbul
karena gerakan translasi atau rotasi.
Energi total dari fluida per satuan massa adalah:
E=U+
( )
E=U+
(English)
Selanjutnya dengan memperhatikan laju energi yang masuk dan yang keluar
dengan massa dalam volume yang diatur. Massa yang bertambah atau yang
bergerak dari sistem membawa energi dalam, energi kinetik dan energi potensial,
sebagai tambahan energi dipindahkan ketika massa mengalir ke dalam dan keluar
dari volume yang diatur.
38 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang
menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida
akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip ini sebenarnya
merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa
jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya
dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama.
Apabila fluida berupa fluida yang tidak mampu mampat, persamaan
Bernouli pada titik dengan kecepatan v1, tidak terganggu sebelum dikurangi
kecepatannya dan pada titik dua dengan kecepatannya v2 sama dengan nol
sehingga:
z1g +
3.
z2 g +
(
)
PROSEDUR PERCOBAAN
- Alat yang digunakan:
- Rangkaian alat aliran fluida
- Pompa
- Manometer H2O
- Baker Glass 1000 ml
- Stopwatch
- Bahan yang digunakan: - Air
Pompa
Manometer
39 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
- Prosedur kerja:
1. Vent Valve yang berada pada ujung atas pipa dibuka untuk
mengeluarkan udara yang berada dalam pipa, agar tidak mengganggu
aliran air yang masuk ke dalam pipa. Buka inlet valve dan outlet valve
untuk saluran pengaliran air.
2. Hidupkan pompa agar air dapat naik ke sistem perpipaan.
3. Tentukan laju alir dengan memvariasikan bukaan (kran) inlet air.
4. Kemudian air yang masuk kedalam pipa akan keluar dan ditampung
dalam baker glass (1000 ml) dan dihitung waktu yang dibutuhkan
sampai volume air mencapai 1000 ml, untuk ditentukan laju alirnya.
5. Perbedaan tekanan dihitung dalam setiap perpipaan nya, dimana pada
alat ini terdapat beberapa bagian sistem perpipaan yang terdiri atas pipa
induk, dan sistem perpipaan 1-5, yang terdiri atas beberapa
instrumentasi perpipaan yang akan ditentukan perbedaan tekanan
disetiap sistem perpipaan tersebut.
40 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
6. Sistem perpipaan yang diukur perbedaan tekanannya ialah pipa induk,
untuk menghitung perbedaan tekanan tersebut maka pipa manometer
dihubungkan ke setiap tapping yang berada setiap instrumentasi
perpipaan yang dialirkan air, kemudian dengan membaca perbedaan
ketinggian pada manometer, maka perbedaan tekanan dapat diketahui.
Pipa induk terdiri dari:
Orifice
Venturi
Pitot
Tee
Bend 90
Strainer Y
Perpipaan 1
Smooth surface 1m
41 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
Perpipaan 2
Sudden Enlargment
Sudden Contraction
Smooth Surface 0,5m
Smooth Surface 1m
Perpipaan 3
Smooth Surface 1 m
Perpipaan 4
Strainer Y
Ball Valve
Elbow 45
Rough Surface 22 cm
42 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
Rough Surface 1 m
Perpipaan 5
Elbow 90
Strainer
Globe Valve
Gate Valve
7. Setelah dihitung perbedaan tekanan disetiap perpipaan, maka dicatat
hasil pengamatan dari ketinggian manometernya. Hal ini dilakukan atau
diamati untuk tiap-tiap laju alirnya.
4.
PENUGASAN
Tentukan laju alir (Q = L/menit) dengan memvariasikan bukaan (kran) air
inlet dengan variasi Q1, Q2, Q3, Q4 dan Q5.
43 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
5.
DATA PENGAMATAN
No
Jenis Pipa
1
2
3
4
5
6
Pipa Induk
Orifice Meter
Venturi Meter
Pitot Static
Tee
Bend 90
Strainer Y
1
Perpipaan 1
Smooth Surface 1 m
1
2
3
4
Perpipaan 2
Sudden Contraction
Smooth Surface 0,5 m
Smooth Surface 1 m
Sudden Enlargement
1
Perpipaan 3
Smooth Surface 1m
1
2
3
4
5
Perpipaan 4
Rough Surface 1 m
Rough Surface 0,2 m
Ball Valve
Elbow 45
Strainer Y
1
2
3
4
Perpipaan 5
Gate Valve
Globe Valve
Strainer
Elbow 90
Perbedaan Tekanan Manometer (mmH2O)
Q1 =
Q2 =
Q3 =
Q4 =
Q5 =
L/min
L/min
L/min
L/min
L/min
44 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
MODUL PERCOBAAN V
SOLID HANDLING STUDY BENCH (SHB)
1.
TUJUAN PERCOBAAN
Menganalisa distribusi partikel dan menentukan ukuran partikel dalam
ayakan, hubungan laju padatan hopper yang dihubungkan dengan diameter orifice
ketinggian material, efisiensi pencampuran serta pengaruh sudut luncur.
2.
DASAR TEORI
Pemecahan dan penggilingan adalah unit operasi yang memberikan gaya
pada bahan padat yang ukurannya lebih besar untuk menghasilkan kumpulan atau
campuran partikel-partikel yang lebih kecil. Dalam industri kimia, proses
pemecahan sering dijumpai baik pada pengolahan bahan mentah (bahan tambang),
bahan setengah jadi dan produk.
a.
Karakteristik Partikel Zat Padat
Partikel zat padat secara individu dikarakteristikkan dengan ukuran, bentuk
dan densitasnya. Partikel zat padat homgen mempunyai densitas yang sama
dengan bahan bongkahan. Partikel-partikel yang didapatkan dengan memecahkan
zat padat campuran, misalnya bijih yang mengandung logam mempunyai densitas
yang biasanya berbeda dengan bahan induknya. Untuk partikel yang bentuknya
beraturan, misalnya yang berbentuk bola atau kubus ukuran dan bentuknya dapat
dinyatakan dengan mudah, tetapi partikel yang bentuknya tidak beraturan (seperti
butir-butir pasir dan serpihan lainnya) ukuran dan bentuknya harus didefenisikan
secara acak.
b.
Bentuk Partikel
Bentuk setiap partikel dikarakterisasikan dengan sferisitas atau kebolaan
(sphericity) ϕ, yang tidak bergantung pada ukuran partikel. Untuk partikel
berbentuk bola dengan diameter Dp, Φs = 1; untuk partikel yang tidak berbentuk
bola, sperifikasi didefenisikan oleh hubungan:
Φs =
Dimana:
Dp = Diameter ekivalen atau diameter nominal partikel
Sp = Luas permukaan satu partikel
Vp = Volume suatu partikel
Diameter ekivalen biasanya didefenisikan sebagai diameter bola yang
volume sama dengan volume bola itu. Tetapi bahan-bahan berbentuk bijian
45 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
(granular) halus, volume maupun luas permukaannya tidak mudah ditentukan
secara eksak, sehingga Dp biasanya diambil dari ukuran nominal dengan analisis
ayak (screen analysis) atau melalui pemeriksaan mikroskop.
- Prinsip Peralatan Penghancuran (Kominusi)
Kriteria Kominusi
Kominusi adalah istilah umum yang sering digunakan untuk operasi
penghancuran. Contohnya mesin pemecah (crusher) atau mesin penggiling
(grinder). Pemecahan atau penggilingan yang ideal harus mempunyai kapasitas
yang besar, memerlukan masukan daya yang kecil persatuan hasil dan
memberikan hasil dengan satu ukuran tertentu atau dengan distribusi ukuran
tertentu sesuai dengan yang dikehendaki.
Efisiensi Pemencahan
Rasio energi permukaan yang baru terbentuk terhadap energi yang diserap
oleh zat padat disebut efisiensi pemecahan. Energi permukaan yang terbentuk
pada waktu pemecahan adalah kecil dibandingkan dengan total energi mekanik
yang tersimpan dalam bahan pada waktu rengkahannya dan kebanyakan dari
energi mekanik itu diubah menjadi kalor.
Analisa Ayakan
Analisa ayakan bertujuan dalam proses pemisahan ukuran. Analisa ayakan
pada material terdapat dua tempat pengamatan yaitu tertahan di atas ayakan
(screen) dan material yang lolos dari ayakan. Dalam melakukan analisis,
seperangkat alat ayak standar disusun secara deret dalam suatu tumpukan, dimana
ayak yang anyaman paling rapat ditempatkan paling bawah dan anyaman paling
besar ditempatkan paling atas. Contoh yang dianalisis lalu dimasukkan ke dalam
ayak paling atas dan pengayak diguncang secara mekanis selama beberapa waktu
tertentu. Partikel yang tertahan setiap ayakan dikumpulkan dan ditimbang massa
pada setiap ayakan dikumpulkan dan ditimbang, massa setiap ayakan
dikonversikan menjadi fraksi massa atau persen massa.
Proses pencampuran
Pencampuran zat padat (mixing) dalam beberapa hal sangat serupa dengan
pencampuran zat cair yang berviskositas rendah. Dalam kedua proses ini terjadi
saling campur antara kedua komponen terpisah atau lebih sehingga membentuk
hasil yang agak seragam.
Salah satu jenis pencampuran adalah blender tromol kembar (twin-shell
blender) terbuat dari dua silinder yang dihubungkan sehingga membentuk V dan
berputar pada sumbu horizontal. Blender tromol kembar ini lebih efektif untuk
beberapa operasi pencampuran.
46 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
3.
PROSEDUR KERJA
Penghancuran Material Menggunakan Ball Mill
a.
b.
c.
d.
Dimasukkan sampel ke dalam porselin, dan diselang–selingi dengan ball
mill yang berbagai ukuran.
Dihidupkan peralatan ball mill dengan dihubungkan ke rangkaian listrik.
Peralatan dijalankan dan material digiling untuk selang waktu yang telah
ditentukan.
Setelah selesai peralatan dimatikan dan porselin diturunkan dari motor
penggerak.
Distribusi Partikel dalam Ayakan
a.
b.
c.
d.
e.
Sampel yang sudah ditimbang dari hasil penggillingan dimasukkan kedalam
ayakan paling atas.
Lalu susun ayakan sesuai urutan
Dilakukan ayakan secara manual, sampel yang tertahan di tiap ayakan
dihitung beratnya.
Sieve Vibrator Shaker dihidupkan untuk memberikan guncangan atau
getaran pada ayakan secara mekanis selama 30 menit.
Jumlah sampel yang tertahan pada tiap ayakan ditimbang.
Menghitung Sudut Luncur
a.
Sampel dimasukkan kedalam angle chamber secara manual sehingga batas
setengah.
47 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
b.
Diputar chamber secara perlahan-lahan hingga pertikel pertama sekali mulai
meluncur jatuh kebawah, dicatat besarnya sudut luncur tersebut.
c.
Dilakukan percobaan berulang kali untuk diambil nilai rata-ratanya.
Percobaan Laju Alir dari Hopper
a.
Dimasukkan sampel ke dalam hopper pada level ketinggian yang sesuai
dengan penugasan.
b.
Dibuka orifice di bawahnya dan tampung material dalam balance pan,
dicatat waktu yang dibutuhkan material untuk jatuh dari hopper sampai
ketinggian turunnya material itu sesuai dengan penugasan.
Ditimbang material yang tertampung di dalam balance pan.
Dilakukan percobaan berulang kali untuk masing-masing diameter orifice
yang berbeda, untuk sampel yang sama dan pada ketinggian awal yang sama
atau sebaliknya pada orifice yang sama dan pada ketinggian awal yang
bervariasi.
c.
d.
Percobaan Pencampuran Bahan Padat
a.
Dimasukkan material dalam V blender dan ditutup kembali, material yang
diisikan pada kedua sisi berbeda.
48 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
b.
c.
Dihidupkan blender dengan menekan tombol dan kecepatan diaturlah
dengan tombol.
Untuk beberapa selang waktu dianalisa hasil pencampuran tersebut.
49 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
4.
PENUGASAN
Klp
Sampel
(1200 gr)
Waktu
Kominusi
(menit)
Waktu
screening
(menit)
A-1
A-2
A-3
A-4
A-5
A-6
A-7
A-8
B-1
B-2
B-3
B-4
B-5
B-6
B-7
B-8
Arang
Batu kapur
Kacang kedelai
Batu bata
Kacang tanah
Batu bara
Kacang hijau
Tawas
Batu bara
Kacang hijau
Arang
Batu kapur
Kacang tanah
Tawas
Batu bata
Kacang kedelai
20, 40, 60
15, 30, 45
20, 40, 60
25, 50, 75
30, 40,50
30, 60, 90
40, 80, 120
15, 30, 45
20, 40, 60
15, 30, 45
20, 40, 60
30, 40,50
25, 50, 75
30, 60, 90
40, 80, 120
15, 30, 45
15 dan 30
10 dan 20
20 dan 40
15 dan 30
10 dan 20
20 dan 40
10 dan 20
25 dan 50
15 dan 30
25 dan 50
20 dan 40
25 dan 50
15 dan 30
20 dan 40
10 dan 20
15 dan 30
Tinggi
padatan
dalam hopper
(cm)
1 dan 1,5
1 dan 2
2 dan 2,5
1 dan 1,5
1 dan 2
2 dan2,5
1 dan 2
2 dan 2,5
1 dan 1,5
1 dan 2
2 dan 2,5
1 dan 1,5
1 dan 2
2 dan 2,5
1 dan 1,5
1 dan 2
50 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1
Diameter
orifice (mm)
Kecepatan
mixing
(rpm)
Waktu
mixing
(menit)
6 dan 9
6 dan 12
9 dan 12
6 dan 9
9 dan 12
6 dan 12
9 dan12
6 dan 9
9 dan12
6 dan 15
6 dan 9
9 dan 15
6 dan 12
9dan 15
6 dan12
6 dan15
30 dan 40
20 dan 50
30 dan 60
30 dan 40
20 dan 50
30 dan 60
30 dan 40
20 dan 50
30 dan 60
30 dan 40
20 dan 50
30 dan 60
30 dan 40
20 dan 50
30 dan 60
30 dan 40
10
15
20
10
15
20
10
15
20
10
15
20
10
15
20
10
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
5.
DATA PENGAMATAN
a.
Distribusi Partikel
Sampel pada waktu kominusi “x” menit
Berat Awal
= ..... gram
Berat Akhir
= ..... gram
Waktu pengayakan
= ..... gram
Tabel 5.1 Berat partikel yang tertahan pada waktu kominusi x menit
Ukuran Ayakan
Berat Pertikel Tertahan
Berat Pertikel Terlolos
(mesh)
(gram)
(gram)
4
6
8
25
60
Pan
b.
Sudut Luncur
Sampel pada waktu kominusi “x” menit dan pengayakan “y” menit
Tabel 5.2 Sudut luncur partikel “z”
Ukuran ayakan
(mesh)
1
4
6
8
25
60
Pan
Sudut luncur (  )
2
3
Rata-rata
51 | Jaga Kebersihan, Ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama Praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
c.
Laju Alir Padatan Dalam Hopper
Sampel pada waktu kominusi “x” menit dan pengayakan “y” menit
Tabel 5.3 Laju alir sampel di dalam hopper
Ukuran
Tinggi
Diameter
ayakan
padatan dalam
orifice (mm)
(mesh)
hopper (cm)
Waktu (detik)
Massa (gram)
4
6
8
25
60
Pan
d. Pencampuran (mixing)
Tabel 5.4 Data pencampuran pada sampel
Kecepatan mixing
Waktu mixing
(rpm)
(menit)
Hasil yang didapat
(bercampur sempurna, sebagian)
*Lampirkan foto hasil yang didapat
52 | Jaga Kebersihan, Ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama Praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
MODUL PERCOBAAN VI
AGITASI MEKANIK DAN PENCAMPURAN CAIRAN
1.
TUJUAN PERCOBAAN
Menentukan pola pencampuran, kebutuhan daya, waktu pencampuran, bilangan
Reynold, bilangan Power dan bilangan Froud dari fluida yang bercampur.
2.
DASAR TEORI
Pencampuran (mixing) merupakan operasi yang tujuannya untuk mengurangi
ketidaksamaan komposisi, suhu atau sifat lain yang terdapat dalam suatu bahan.
Pencampuran dapat terjadi karena adanya gerakan dari bahan tersebut. Agar bahan
dapat bergerak diperlukan suatu pengadukan yang merupakan gerakan terinduksi
menurut cara tertentu pada suatu bahan dalam bejana. Gerakan itu biasanya
mempunyai semacam pola sirkulasi, salah satunya adalah proses pencampuran. Istilah
pencampuran dapat diartikan dengan memberikan gerakan yang tidak beraturan atau
keadaan yang turbulen terhadap fluida, dari pemberian kerja mekanik pada fluida
yang bersangkutan. Proses pencampuran memberikan aplikasi yang luas dalam
industri kimia, baik dalam proses ekstraksi pencampuran, adsorpsi, perpindahan
panas dan reaksi kimia. Walaupun proses pencampuran dapat dibahas berserta proses
yang bersangkutan, namun proses ini lebih sering dianggap sebagai suatu proses yang
berdiri sendiri.
Salah satu cara untuk operasi pencampuran adalah pengadukan. Pemilihan
pengaduk sangat ditentukan oleh jenis pencampuran yang diinginkan serta keadaan
bahan yang akan dicampur. Pada bidang teknologi lingkungan misalnya, pengadukan
digunakan untuk proses fisika seperti pelarutan bahan kimia dan proses pengentalan
(thickening), proses kimiawi seperti koagulasi. Dalam proses kimia dikenal adanya
pencampuran fase homogen dan pencampuran fase heterogen. Untuk fase homogen,
umpamanya pencampuran cair dengan cair, gas dengan gas, dan padat dengan padat.
Sedang untuk fase heterogen salah satunya adalah fase cair dengan padat.
Pencampuran ialah peristiwa menyebarnya bahan secara acak, suatu bahan menyebar
ke dalam bahan lain dan sebaliknya, yang sebelumnya dalam dua fase atau lebih.
Pengadukan zat cair dilakukan untuk berbagai tujuan, antara lain:
a.
Melarutkan padatan dalam cairan, seperti garam dalam air.
53 | Jaga Kebersihan, Ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama Praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
b.
c.
d.
e.
f.
Untuk mencampur zat cair yang mampu campur (miscible), sebagai contoh
metil alkohol dengan air.
Untuk mendispersikan gas dalam zat cair dengan berbentuk gelembunggelembung kecil.
Untuk menyebarkan zat cair yang tidak dapat campur sehingga membentuk
emulsi atau suspensi partikel halus pada kedua zat cair immiscible tersebut.
Untuk mempercepat perpindahan kalor antara zat cair baik sesama bahan
dengan menyuplai panas yang ada dalam tangki pencampuran tersebut.
Untuk mempercepat perpindahan massa antara fase yang terdispersi.
Zat cair biasanya diaduk di dalam sutu tangki atau bejana, biasanya yang
berbentuk silinder dengan sumbu terpasang vertikal. Di dalam tangki itu dipasang
impeller pada ujung tutup yang ditumpu dari atas dan digerakkan oleh motor. Tangki
itu biasanya dilengkapi dengan lubang masuk dan lubang keluar, kumparan kalor,
mantel, dan sumur untuk menempatkan termometer atau piranti pengukuran suhu
lainnya. Impeller itu akan membangkitkan pola aliran di dalam sistem yang
menyebabkan zat cair bersirkulasi di dalam bejana dan akhirnya kembali ke impeller.
Menurut arus yang dihasilkan, impeller terbagi dua (Suhendrayatna, 2005)
yaitu:
a.
b.
Axial-flow impeller; membangkitkan arus sejajar dengan sumbu poros.
Radial-flow impeller; membangkitkan arus tangensial atau radial.
Menurut bentuknnya impeller terbagi tiga, yaitu: propeller (baling-baling),
paddle (dayung) dan turbin (Geankoplis, 1983).
Pola aliran di dalam bejana yang sedang diaduk tergantung pada jenis impeller,
karateristik fluida, ukuran serta perbandingan tangki, sekat dan agitator. Kecepatan
fluida pada setiap titik dalam tangki mempunyai tiga komponen yaitu:
1.
2.
3.
Komponen radial yang bekerja pada arah tegak lurus terhadap poros impeller.
Komponen longitudinal yang bekerja pada arah paralel dengan poros.
Komponen tangensial atau rotational yang berkerja pada arah singgung
terhadap lintasan di sekeliling poros.
Pola aliran keseluruhan di dalam tangki itu bergantung pada variasi dari ketiga
komponen itu dari satu lokasi ke lokasi lain. Komponen radial dan komponen
longitudinal sangat aktif dalam memberi aliran pencampuran.
54 | Jaga Kebersihan, Ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama Praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
Dalam operasi pencampuran dan penyebaran (dispersi), laju dispersi bukanlah
merupakan satu-satunya faktor dan bukan pula merupakan faktor yang terpenting.
Impeller pada kecepatan tinggi akan membangkitkan turbulensi yang kuat.
Keturbulenan adalah akibat dari arus yang terarah baik dan gradien kecepatan yang
cukup besar di dalam zat cair. Sirkulasi dan pembangkitan keturbulenan, keduanya
memerlukan energi.
Daya sangat dibutuhkan dalam operasi pencampuran untuk menggerakkan
motor pengaduk agar terjadinya proses pencampuran. Faktor-faktor yang
mempengaruhi kebutuhan daya ialah: diameter pengaduk (D), viskositas cairan (µ),
densitas fluida (), medan gravitasi (g c), kecepatan putaran pengaduk (N), jumlah
pengaduk pada poros, bentuk dan jenis pengaduk, perbandingan tinggi cairan pada
tangki dengan diameter tangki. Dalam percobaan, daya yang disuplai untuk
menggerakkan impeller diukur langsung dengan alat ukur multitester (voltmeter dan
amperemeter), dengan menggunakan rumus:
P = V. I
Dimana:
V
= tegangan listrik (volt)
I
= arus listrik (ampere)
Waktu pencampuran adalah waktu yang dibutuhkan fluida untuk bercampur
merata ke seluruh tangki sehingga campuran bersifat homogen. Waktu pencampuran
dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain:
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
i.
Ada tidaknya baffle
Bentuk pengaduk
Kecepatan putar
Ukuran pengaduk
Posisi pengaduk; centrally dan vertikal; off-centered dan vertikal; miring
terhadap sumbu vertikal; horizontal pada sisi tangki dan membentuk sudut
terhadap diameter tangki.
Jumlah daun pengaduk
Jumlah pengaduk dalam suatu proses
Karateristik campuran, densitas, viskositas, dapat bercampur atau tak dapat
bercampur
Perbandingan cairan dan diameter tangki
55 | Jaga Kebersihan, Ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama Praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
j.
Bilangan tak berdimensi
Bilangan Tak Berdimensi
Ada tiga bilangan tak berdimensi yang sangat berpengaruh dalam proses
pencampuran yaitu:
1.
Bilangan Reynold (NRe)
Bilangan ini menggambarkan jenis aliran dalam fluida yang disebabkan oleh
putaran batang pengaduk. Secara matematis bilangan Reynold dapat ditulis:
(
)
Dimana:
Da = Diameter impeller
n
= Kecepatan putaran fluida

= Densitas
µ
= Viskositas
2.
Bilangan Power (Np)
Bilangan ini digunakan untuk menggambarkan hubungan dan kaitannya dalam
pengerjaan operasi dan juga untuk menghitung tenaga yang dibutuhkan pada operasi
yang dilaksanakan. Secara matematis bilangan ini dapat ditulis:
Dimana:
P
= Daya keluaran motor
Da = Diameter impeller
n
= Kecepatan putaran impeller

= Densitas
56 | Jaga Kebersihan, Ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama Praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
3.
Bilangan Froude (NFr)
Bilangan ini untuk menghitung pengaruh gravitasi bumi dalam penentuan
gerakan fluida dan juga mengetahui besarnya vorteks yang terjadi. Secara matematis
bilangan ini dapat ditulis:
Dimana:
Da = Diameter impeller
n
= Kecepatan putaran impeller
gc
= Gravitasi bumi
3.
PROSEDUR PERCOBAAN
1.
Dipasang peralatan yang diperlukan seperti tangki, motor penggerak pengaduk
dan voltmeter. Voltmeter dan ampere meter dihubungakan ke sumber listrik
seperti Gambar 1.
2.
Dimasukkan sejumlah fluida tertentu ke dalam sebuah tangki yang ber-baffle
atau pun yang tidak ber-baffle.
57 | Jaga Kebersihan, Ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama Praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
3.
4.
5.
6.
Letakan posisi pengaduk pada posisi center dan off-center.
Di set speed motor pada posisi yang ditentukan, dan diatur kecepatan putaran
motor dengan variasi yang diberikan
Untuk menghitung kecepatan pengaduk tiap menit, dilekatkan plaster pada
pengaduk kemudian dihitung dengan menggunakan jari berapa putaran yang
dihasilkan tiap menit.
Ditentukan waktu pencampuran dengan menyuntik sejumlah tinta ke dalam
fluida, dan dicatat waktu yang dibutuhkan sampai warna terdistribusi sempurna.
58 | Jaga Kebersihan, Ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama Praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
7.
8.
4.
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Diamati pola aliran dengan memasukkan sejumlah butiran padat yang dapat
mengapung diatas permukaan fluida. Diamati pola yang terjadi (pandangan dari
atas dan samping).
Kebutuhan daya ditentukan dengan menghubungkan voltmeter dan miliampere
untuk satu putaran pengaduk tertentu
PENUGASAN
Fluida
Air
Clay 15%
Clay 20%
Clay 25%
Clay 30%
Kapur 15%
Kapur 20%
Kapur 25%
Kapur 30%
Kanji 15%
Kanji 20%
Kanji 25%
Kanji 30%
H/Dt
0,70
0,75
0,80
0,85
0,90
0,95
1,00
E/Dt
0,70
0,75
0,80
0,85
0,90
0,95
1,00
1,05
1,10
1,15
1,20
1,25
1,30
1,35
1,40
1,45
1,50
RPM
110
115
120
125
130
135
140
145
150
155
160
165
170
175
180
Volt
120
125
130
135
140
145
150
155
160
165
170
175
180
120
125
Tentukan:
1. Waktu pencampuran sehingga homogen
2. Densitas fluida
3. Viskositas fluida
4. Hubungan antara kecepatan putaran dengan waktu pencampuran
5. Bilangan tak berdimensi
6. Jika terjadi penyimpangan, jelaskan penyebabnya.’
59 | Jaga Kebersihan, Ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama Praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
5.
DATA PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN
5.1 Data Kondisi Tangki
Parameter
Diameter propeller
Diameter paddle
Diameter turbin
Diameter tangki ber-baffle
Diameter tangki tanpa baffle
Tinggi fluida dalam tangki ber-baffle
Tinggi fluida dalam tangki tanpa baffle
5.2 Data Densitas Fluida
Kondisi piknometer
Berat piknometer kosong (g)
Berat piknometer ditambah air (g)
Berat piknometer ditambah clay (g)
Berat piknometer ditambah kapur (g)
Berat piknometer ditambah kanji (g)
Volume piknometer (ml)
Ukuran (cm)
Ukuran
60 | Jaga Kebersihan, Ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama Praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
5.3 Data Pola Aliran untuk Berbagai Jenis Tangki dan Impeller
Tampak samping
Tampak Atas
Pola Aliran dan Vorteks
Impeller propeller
Pola aliran pada tangki
tanpa baffle dengan
posisi pengaduk
centrally
Pola aliran pada tangki
tanpa baffle dengan
posisi pengaduk offcentre
Pola aliran pada tangki
ber-baffle dengan posisi
pengaduk centrally
Pola aliran pada tangki
tanpa baffle dengan
posisi pengaduk offcentre
Impeller paddle
Pola aliran pada tangki
tanpa baffle dengan
posisi pengaduk
centrally
Pola aliran pada tangki
tanpa baffle dengan
posisi pengaduk offcentre
Pola aliran pada tangki
ber-baffle dengan posisi
pengaduk centrally
Pola aliran pada tangki
tanpa baffle dengan
posisi pengaduk offcentre
Impeller turbin
Pola aliran pada tangki
tanpa baffle dengan
posisi pengaduk
centrally
Pola aliran pada tangki
tanpa baffle dengan
posisi pengaduk off61 | Jaga Kebersihan, Ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama Praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
centre
Pola aliran pada tangki
ber-baffle dengan posisi
pengaduk centrally
Pola aliran pada tangki
tanpa baffle dengan
posisi pengaduk offcentre
5.4 Data Waktu Pencampuran untuk Fluida Air pada Pengaduk Propeller
Waktu Pencampuran (s)
Voltase Kecepatan
Unbaffle
Baffle
(V)
(Rpm)
Central
Off-Centre
Central
Off-Centre
62 | Jaga Kebersihan, Ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama Praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
5.5 Data Waktu Pencampuran untuk Fluida Air pada Pengaduk Paddle
Waktu Pencampuran (s)
Voltase Kecepatan
Unbaffle
Baffle
(V)
(Rpm)
Central
Off Centre
Central
Off Centre
5.6 Data Waktu Pencampuran untuk Fluida Air pada Pengaduk Turbin
Waktu Pencampuran (s)
Voltase Kecepatan
Unbaffle
Baffle
(V)
(Rpm)
Central
Off-Centre
Central
Off-Centre
63 | Jaga Kebersihan, Ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama Praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
5.7 Data Waktu Pencampuran untuk Fluida pada Pengaduk Propeller
Waktu Pencampuran (s)
Voltase Kecepatan
Unbaffle
Baffle
(V)
(Rpm)
Central
Off-Centre
Central
Off-Centre
5.8 Data Waktu Pencampuran untuk Fluida pada Pengaduk Paddle
Waktu Pencampuran (s)
Voltase Kecepatan
Unbaffle
Baffle
(V)
(Rpm)
Central
Off-Centre
Central
Off-Centre
64 | Jaga Kebersihan, Ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama Praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
5.9 Data Waktu Pencampuran untuk Fluida pada Pengaduk Turbin
Waktu Pencampuran (s)
Voltase Kecepatan
Unbaffle
Baffle
(V)
(Rpm)
Central
Off-Centre
Central
Off-Centre
5.10 Data Pola Aliran
No
Jenis
Pengaduk
Jenis
Tangki
Posisi
Pengaduk
Pola Aliran
Central
Unbaffle
Off-Centre
1
Propeller
Central
Baffle
Off-Centre
Central
Unbaffle
Off-Centre
2
Turbine
Central
Baffle
Off-Centre
Central
Unbaffle
Off-Centre
3
Paddle
Central
Baffle
Off-Centre
65 | Jaga Kebersihan, Ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama Praktikum di Laboratorium OTK 1
E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
5.11 Data Pembentukan Vorteks
No
Jenis
Pengaduk
Jenis
Tangki
Posisi
Pengaduk
Vorteks
Central
Unbaffle
Off-Centre
1
Propeller
Central
Baffle
Off-Centre
Central
Unbaffle
Off-Centre
2
Turbine
Central
Baffle
Off-Centre
Unbaffle
3
Paddle
Baffle
Central
Off-Centre
Central
Off-Centre
66 | Jaga Kebersihan, Ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama Praktikum di Laboratorium OTK 1