PERCOBAAN V

TANGKI BERPENGADUK

5.1 Pendahuluan

5.1.1.Tujuan Percobaan

Percobaan ini bertujuan untuk mempelajari proses pencampuran dalam fluida

yang diselenggarakan didalam sistem tangki berpengaduk, mengidentifikasi faktor-

faktor yang mempengaruhi efektivitas pencampuran dan menentukan pola aliran

yang terbentuk.

5.1.2 Latar Belakang

Dalam kehidupan sehari-hari pengadukan sering ditemukan. Pengadukan

dilakukan untuk mencampur suatu fluida dengan fluida, ataupun fluida dengan

partikel padat. Contoh pengadukan yang paling sering ditemukan adalah pengadukan

untuk pembuatan larutan gula dari air minum dan gula pasir.

Seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan, maka manusi berpikir cara

pengadukan yang lebih praktis dan dalam jumlah yang banyak. Salah satu hasil

pemikiran tersebut adalah tangki berpengaduk. Tangki berpendaduk merupakan suatu

alat yang bekerja secara otomatis (digerakkan oleh motor) dan paling sering dijumpai

pada suatu industri kimia. Tangki berpengaduk memiliki banyak variasi pengaduk

sesuai dengan kebutuhan industri. Variasi pengaduk memiliki peranan penting dalam

menentukan efisiensi dari kerja tangki berpengaduk.

Tangki berpengaduk dalam suatu industri pada umumnya berada pada awal

proses produksi. Hal ini sesuai dengan fungsinya sebagai pencampur (mixer) bahan

yang kemudian diteruskan ke unit produksi lainnya, misalnya saja reaktor. Sebelum

bahan/ umpan memasuki reaktor, maka bahan perlu disesuaikan dengan kondisi

operasi reaktor agar efisiensi kerja reaktor menjadi maksimal. Salah satunya adalah

dengan melakukan pencampuran terlebih dahulu.

V-1

V-1

5.2 Dasar Teori

Pencampuran suatu fluida merupakan salah satu disiplin ilmu dari mekanika

fluida. Gerakan fluida digunakan untuk mempercepat atau memperlambat proses dari

difusi dan konduksi untuk membawa konsentrasi dan temperatur yang seragam.

Proses pencampuran pada umumnya diangkut di dalam pipa dan tangki geometri.

Pencampurannya dapat berupa radial ataupun aksial. Salah satu contoh dari

backmixing atau pencampuran aksial terdapat pada tangki berpengaduk (stirred

tank). Pencampuran dari beberapa elemen pada keadaan mula-mula pada perbedaan

posisi aksial di dalam sebuah pipa. Sedangkan pencampuran radial berupa

pencampuran beberapa elemen melalui suatu titik yang sama dan pada saat yang

bersamaan. Contohnya pencampuran di dalam pipa tee. (Perry, 1999)

Karakteristik pengadukan fluida antara lain sebagai berikut:

1. Campuran dua miscible atau immiscible liquid.

2. Dissolving solid dalam liquid.

3. Dispersi gas dalam liquid.

4. Pengadukan fluida untuk meningkatkan heat transfer antara fluida dan coil atau

jaket.

5. Suspensi partikel padatan halus dalam cairan, seperti dalam hidrogenasi katalitik

dan liquid dimana katalis solid dan gelembung hidrogen terdispersi dalam liquid.

6. Dispersi droplets dari satu immiscible liquid dengan yang lain.

Gambar 5.1 Konfigurasi standar tangki

(Cooker, 2001)

V-2

Pencampuran dalam suatu tangki dengan beberapa bentuk pengaduk adalah

yang paling umum digunakan untuk mencampur suatu cairan dan untuk

mempersiapkan larutan. Pengaduk dipilih dalam suatu desain tangki berpengaduk

berdasarkan pada tipe pencampuran yang diperlukan, kapasitas tangki, properti

fluidanya, dan viskositas utama (gabungan). Tipikal susunan dari agitator

(penganduk) dan baffles (sekat) dalam sebuah tangki berpengaduk, beserta aliran

yang terbentuk dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 5.2 Susunan pengaduk dari visualisasi alirannya

(Coulson6, 1999)

Hal yang penting dari tangki pengaduk dalam penggunaannya antara lain:

1. Bentuk: pada umumnya digunakan bentuk silindris dan bagian bawah cekung

atau flat.

2. Ukuran: yaitu diameter dan tinggi tangki.

3. Kelengkapannya:

a. Ada tidaknya baffle, yang berpengaruh pda pola aliran di dalam tangki.

V-3

b. Jacket atau coil pendingin/ pemanas yang berfungsi sebagai pengendali

temperatur.

c. Letak lubang pemasukan dan pengeluaran untuk proses kontinu.

d. Kelengkapan lainnya seperti tutup tangki, dan sebagainya.

Pengaduk dibagi menjadi dua jenis berdasarkan luas blade dan kecepatan

rotasinya, yaitu:

1. Pengaduk yang luas bladenya kecil, berotasi pada kecepatan tinggi. Misalnya

pengaduk turbin dan propeler. Pengaduk-pengaduk ini biasanya untuk

mencampur larutan dengan viskositas rendah sampai sedang.

a. Turbin: cocok untuk mencampur larutan dengan viskositas dinamiknya

sampai dengan 50 Ns/m2. Pengaduk tipe ini mengakibatkan pola aliran radial

yang tegak lurus (perpendicular) terhadap dinding tangki.

b. Propeler: cocok utnuk mencampur larutan yang viskositas dinamiknya

sampai dengan 10 Ns/m2. Menghasilkan pola aliran aksial paralel terhadap

dinding tangki. Ketika larutan sedang bersirkulasi dalam tangki, larutan

tersebut bergerak dalam kondisi yang gaya gesernya bervariasi, seolah-olah

viskositas larutan rendah ketika dekat blade dan tinggi ketika jauh dari blade.

(Tim Dosen Teknik Kimia, 2010)

V-4

Bentuk beberapa pengaduknya dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 5.3 (a) Turbine impeller (b) Pitched blade turbine (c) Marine turbine

(Coulson6, 1999)

2. Pengaduk yang luas bladenya besar, berotasi pada kecepatan rendah. Misalnya

pengaduk paddle, anchor (jangkar), gate, helical screws, helical ribbons.

Pengaduk tipe ini cocok juga efektif untuk proses pencampuran larutan dengan

viskositas tinggi (larutan kental).

a. Paddle: Pengaduk jenis ini sering memegang peranan penting pada proses

pencampuran dalam industri. Bentuk pengaduk ini memiliki minimum dua

sudut, horizontal atau vertikal, dengan nilai D/T yang tinggi. Paddle

digunakan pada aliran fluida laminar, transisi atau turbulen tanpa baffle.

Pengaduk paddle menimbulkan aliran arah radial dan tangensial serta hampir

tanpa gerak vertikal sama sekali.

V-5

b. Anchor: Pengaduk ini mengakibatkan aliran tangensial, jumlah putarannya

rendah. Mempunyai daerah proses operasi dekat dengan dinding tangki.

Gaya geser anchor akan membuat aliran dalam tangki yang menyebabkan

perputaran arus aliran yang terus-menerus dalam tangki. Pengaduk anchor

mampu mencampur larutan-larutan dengan viskositas dinamik sampai

dengan 100 Ns/m2.

c. Gate: Hampir sama seperti pengaduk anchor, daerah operasinya adalah dekat

dengan dinding tangki.

d. Helical screw: Beroperasi dengan cara seolah-olah memompa larutan dari

dasar tangki menuju permukaan, lalu larutan yang dipermukaan dipompa

kembali ke dasar tangki untuk mengisi kekosongan yang terjadi ketika

larutan dipompa ke atasnya. (Tim Dosen Teknik Kimia, 2010)

Berikut beberapa gambar tangki berpengaduk yang berotasi denga kecepatan

rendah.

Gambar 5.4 (a) Paddle (b) Anchor (c) Helical ribbon

(Coulson6, 1999)

V-6

Berikut ini merupakan beberapa jenis pengaduk beserta gambar aliran dan

aplikasinya.

Tabel 5.1 Pengaduk dan gambar alirannya

(Cooker, 2001)

V-7

Kecepatan pengaduk yang umumnya digunakan pada operasi industri kimia

adalah sebagai berikut:

- Kecepatan tinggi, berkisar pada kecepatan 1750 rpm. Pengaduk dengan kecepatan

ini umumnya digunakan untuk viskositas rendah, misalnya air.

- Kecepatan sedang, berkisar pada kecepatan 1150 rpm. Pengaduk dengan

kecepatan ini umumnya digunakan untuk larutan sirup kental dan minyak pernis.

- Kecepatan rendah, berkisar pada kecepatan 400 rpm. Pengaduk dengan kecepatan

ini umumnya digunakan unuk minyak kental, lumpur dimana terdapat serat atau

pada cairan yang dapat menimbulkan busa.

Dalam desain suatu pencampuran larutan, maka rumus-rumus yang tak

memiliki satuan di bawah ini penting.

- Power Number: mewakili daya yang diberikan

..........................................................

(5.1)

- Reynold Number: mwwakili, menjelaskan pengaruh dari akibat viskositas larutan

........................................................... (5.2)

- Froude Number: menjelaskan pengaruh dari gaya tarik bumi

........................................................... (5.3)

- Weber Number: menjelaskan pengaruh dari gaya tegangan permukaan

......................................................... (5.4)

Weber Number untuk proses pencampuran hanya penting ketika terjadi pemisahan

fase-fase fisik dalam sistem pencampuran larutan tersebut, misalnya dalam proses

ekstraksi cair-cair. (Tim Dosen Teknik Kimia, 2010:)

V-8

5.3 Metodologi percobaan

5.3.1 Alat yang digunakan dan Deskripsi alat

Alat-alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah

- Seperangkat alat tangki berpengaduk

- Stopwatch

- Piknometer 25 ml

- Pipet volume 25 ml

- Gelas beker 50 ml

- Propipet

- Neraca analitik

- Beaker glass 250 ml

Deskripsi alat

4

Gambar 5.5. Rangkaian Alat Tangki Berpengaduk

V-9

6

Keterangan :1. Motor pengaduk2. Poros3. Sekat4. Tangki5. Pengaduk6. Pengatur kecepatan

pengaduk

2

34

5

16

3

2

5

5.3.2. Bahan

Bahan-bahan yang diperlukan dalam percobaan ini yaitu :

- Air keran

- Zat warna biru

- Sekam padi

5.3.3. Prosedur Percobaan

5.3.3.1 Percobaan pendahuluan

1. Mengukur densitas air keran dengan piknometer.

2. Menimbang berat piknometer kosong.

3. Memasukkan 25 mL air keran ke dalam piknometer lalu

menimbang dan mencatat temperaturnya.

4. Mengulangi prosedur untuk menghitung densitas larutan

tinta biru.

5.3.3.2 Percobaan utama

1. Merangkai alat tangki berpengaduk seperti pada gambar 5.4 menggunakan

turbin 6 daun miring 45˚

2. Mengisi tangki dengan air keran sampai tanda tera dan mengatur kecepatan

pengaduk pada 240 rpm.

3. Memasukkan 4 tetes zat warna biru kedalam tangki dan menghitung waktu

yang diperlukan mulai dari diteteskan zat warna sampai membentuk

campuran homogen. Mengulangi unrtuk posisi pengaduk off centre dan

incline.

4. Melakukan pengamatan untuk kecepatan putar pengaduk 280 rpm, 320 rpm,

dan 360 rpm.

5. Untuk mengamati pola aliran yang terjadi, memasukkan sekam padi

kedalam tangki berpengaduk pada tiap-tiap posisi: centre, off centre dan

incline, serta menggambar pola aliran tersebut pada tabel hasil pengamatan.

V-10

6. Mengulangi percobaan untuk variasi jenis pengaduk propeller.

7. Mengulangi langkah 1 – 6 untuk tangki berpengaduk dengan baffle

5.4 Hasil dan Pembahasan

5.4.1 Hasil Pengamatan

Diameter tangki = 19,2 cm

Tinggi fluida = 19,2 cm

Temperatur fluida = 29˚ C

Massa piknometer kosong = 30,8 g

Massa piknometer + 25 ml air = 55,1 g

Massa piknometer + 25 ml fluida = 55,4 g

Tabel 5.2 Data Karakteristik Impeller

KarakteristikJenis pengaduk

Turbin 6 daun miring 45˚ Propeller

Jumlah daun 6 3

Lebar daun 1,4 cm 1,2 cm

Panjang daun 2,6 cm 2,8 cm

Tabel 5.3 Hasil Pengamatan Tangki Berpengaduk tanpa Baffle

No Jenis pengadukN

(rpm)

Waktu pencampuran

Centre Off centre Incline

1Turbin 6 daun

miring 45˚

240 34 6,6 6,2

280 17 5,8 5

320 23,2 9 11,2

360 12,8 7,2 7,2

2 Propeller

240 25,1 11,8 8

280 24,8 5,2 6

320 19,8 7,6 8,8

360 27 45 6,8

V-11

Tabel 5.4 Hasil Pengamatan Tangki Berpengaduk dengan Baffle

No Jenis pengadukN

(rpm)

Waktu pencampuran

Centre Off centre Incline

1Turbin 6 daun

miring 45˚

240 9 6,6 7,2

280 4,8 4 5,8

320 8,2 7,2 9,4

360 7 7 7,4

2 Propeller

240 6,2 6,2 5,8

280 5 4,8 5,6

320 7,4 8,2 6

360 8,2 6,4 5,4

Tabel 5.5 Hasil Pengamatan Pola Aliran tanpa Baffle

No Jenis pengadukWaktu pencampuran

Centre Off centre Incline

1Turbin 6 daun

miring 45˚

2 Propeller

V-12

Tabel 5.6 Hasil Pengamatan Pola Aliran dengan Baffle

No Jenis pengadukWaktu pencampuran

Centre Off centre Incline

1Turbin 6 daun

miring 45˚

2 Propeller

V-13

5.4.2. Hasil Perhitungan

Tabel 5.7 Hasil Perhitungan Korelasi Waktu Pencampuran pada Tangki tanpa Baffle dengan Posisi Impeller CentreJenis kecepatan (N) waktu V ρ P I

NPoΜ

NRe NFr n.t ln(nt)Pengaduk (rpm) (rps) (s) (volt) kg/m³ (watt) Ampere kg/ms

Turbin miring

45˚

240 4.0000 34 220 1008 0.3324923 0.00151133 4.8 0.0081835 20180.94 0.104419 136 4.912654886280 4.6667 17 220 1008 0.5279855 0.00239993 4.8 0.0081835 23544.43 0.142126 79.3333 4.373658385320 5.3333 23.2 220 1008 0.7881299 0.00358241 4.8 0.0081835 26907.92 0.185634 123.733 4.818128712360 6.0000 12.8 220 1008 1.1221616 0.00510073 4.8 0.0081835 30271.41 0.234943 76.8 4.34120464

propeller

240 4.0000 25.1 220 1008 0.0221662 0.00010076 0.32 0.0081835 20180.94 0.104419 100.4 4.609162207280 4.6667 24.8 220 1008 0.035199 0.00016000 0.32 0.0081835 23544.43 0.142126 115.733 4.751288694320 5.3333 19.8 220 1008 0.052542 0.00023883 0.32 0.0081835 26907.92 0.185634 105.6 4.659658371360 6.0000 27 220 1008 0.0748108 0.00034005 0.32 0.0081835 30271.41 0.234943 162 5.087596335

Tabel 5.8 Hasil Perhitungan Korelasi Waktu Pencampuran pada Tangki Tanpa Baffle dengan Posisi Impeller Off CentreJenis kecepatan (N) waktu V \ρ P I

NPoΜ

NRe NFr n.t ln(nt)Pengaduk (rpm) (rps) (s) (volt) kg/m³ (watt) Ampere kg/ms

Turbin miring

45˚

240 4.0000 6.6 220 1008 0.33249232 0.00151133 4.8 0.0081835 20180.94 0.104419 26.4 3.27336401280 4.6667 5.8 220 1008 0.52798548 0.00239993 4.8 0.0081835 23544.43 0.142126 27.06667 3.298302958320 5.3333 9 220 1008 0.78812993 0.00358241 4.8 0.0081835 26907.92 0.185634 48 3.871201011360 6.0000 7.2 220 1008 1.12216157 0.00510073 4.8 0.0081835 30271.41 0.234943 43.2 3.765840495

propeller

240 4.0000 11.8 220 1008 0.02216615 0.00010076 0.32 0.0081835 20180.94 0.104419 47.2 3.854393893280 4.6667 5.2 220 1008 0.03519903 0.00016000 0.32 0.0081835 23544.43 0.142126 24.26667 3.189103667320 5.3333 7.6 220 1008 0.052542 0.00023883 0.32 0.0081835 26907.92 0.185634 40.53333 3.702124681360 6.0000 45 220 1008 0.07481077 0.00034005 0.32 0.0081835 30271.41 0.234943 270 5.598421959

Tabel 5.9 Hasil Perhitungan Korelasi Waktu Pencampuran pada Tangki Tanpa Baffle dengan Posisi Impeller InclineJenis kecepatan (N) waktu V ρ P I NPo Μ NRe NFr n.t ln(nt)

V-14

V-14

V-1

5

Pengaduk (rpm) (rps) (s) (volt) kg/m³ (watt) Ampere kg/ms

Turbin miring 45˚

240 4.0000 6.2 220 1008 0.33249232 0.00151133 4.8 0.0081835 20180.94 0.104419 24.8 3.210843653280 4.6667 5 220 1008 0.52798548 0.00239993 4.8 0.0081835 23544.43 0.142126 23.33333 3.149882953320 5.3333 11.2 220 1008 0.78812993 0.00358241 4.8 0.0081835 26907.92 0.185634 59.73333 4.089890212360 6.0000 7.2 220 1008 1.12216157 0.00510073 4.8 0.0081835 30271.41 0.234943 43.2 3.765840495

propeller

240 4.0000 8 220 1008 0.02216615 0.00010076 0.32 0.0081835 20180.94 0.104419 32 3.465735903280 4.6667 6 220 1008 0.03519903 0.00016000 0.32 0.0081835 23544.43 0.142126 28 3.33220451320 5.3333 8.8 220 1008 0.052542 0.00023883 0.32 0.0081835 26907.92 0.185634 46.93333 3.848728155360 6.0000 6.8 220 1008 0.07481077 0.00034005 0.32 0.0081835 30271.41 0.234943 40.8 3.708682081

Tabel 5.10 Hasil Perhitungan Korelasi Waktu Pencampuran pada Tangki dengan Baffle dengan Posisi Impeller CentreJenis kecepatan (N) waktu V ρ P I

NPoΜ

NRe NFr n.t ln(nt)Pengaduk (rpm) (rps) (s) (volt) kg/m³ (watt) Ampere kg/ms

Turbin miring 45

240 4.0000 9 220 1008 0.33249232 0.00151133 4.8 0.0081835 20180.94 0.104419 36 3.583518938280 4.6667 4.8 220 1008 0.52798548 0.00239993 4.8 0.0081835 23544.43 0.142126 22.4 3.109060959320 5.3333 8.2 220 1008 0.78812993 0.00358241 4.8 0.0081835 26907.92 0.185634 43.73333 3.778110588360 6.0000 7 220 1008 1.12216157 0.00510073 4.8 0.0081835 30271.41 0.234943 42 3.737669618

Propeller

240 4.0000 6.2 220 1008 0.02216615 0.00010076 0.32 0.0081835 20180.94 0.104419 24.8 3.210843653280 4.6667 5 220 1008 0.03519903 0.00016000 0.32 0.0081835 23544.43 0.142126 23.33333 3.149882953320 5.3333 7.4 220 1008 0.052542 0.00023883 0.32 0.0081835 26907.92 0.185634 39.46667 3.675456434360 6.0000 8.2 220 1008 0.07481077 0.00034005 0.32 0.0081835 30271.41 0.234943 49.2 3.895893623

Tabel 5.11 Hasil Perhitungan Korelasi Waktu Pencampuran pada Tangki dengan Baffle dengan Posisi Impeller Off CentreJenis kecepatan (N) waktu V ρ P I NPo Μ NRe NFr n.t ln(nt)

V-15

V-16

Pengaduk (rpm) (rps) (s) (volt) kg/m³ (watt) Ampere kg/ms

Turbin miring

45

240 4.0000 6.6 220 1008 0.33249232 0.00151133 4.8 0.0081835 20180.94 0.104419 26.4 3.27336401280 4.6667 4 220 1008 0.52798548 0.00239993 4.8 0.0081835 23544.43 0.142126 18.66667 2.926739402320 5.3333 7.2 220 1008 0.78812993 0.00358241 4.8 0.0081835 26907.92 0.185634 38.4 3.64805746360 6.0000 7 220 1008 1.12216157 0.00510073 4.8 0.0081835 30271.41 0.234943 42 3.737669618

propeller

240 4.0000 6.2 220 1008 0.02216615 0.00010076 0.32 0.0081835 20180.94 0.104419 24.8 3.210843653280 4.6667 4.8 220 1008 0.03519903 0.00016000 0.32 0.0081835 23544.43 0.142126 22.4 3.109060959320 5.3333 8.2 220 1008 0.052542 0.00023883 0.32 0.0081835 26907.92 0.185634 43.73333 3.778110588360 6.0000 6.4 220 1008 0.07481077 0.00034005 0.32 0.0081835 30271.41 0.234943 38.4 3.64805746

Tabel 5.12 Hasil Perhitungan Korelasi Waktu Pencampuran pada Tangki dengan Baffle dengan Posisi Impeller InclineJenis kecepatan (N) waktu V ρ P I

NPoμ

NRe NFr n.t ln(nt)Pengaduk (rpm) (rps) (s) (volt) kg/m³ (watt) Ampere kg/ms

Turbin miring

45

240 4.0000 7.2 220 1008 0.33249232 0.00151133 4.8 0.0081835 20180.94 0.104419 28.8 3.360375387280 4.6667 5.8 220 1008 0.52798548 0.00239993 4.8 0.0081835 23544.43 0.142126 27.06667 3.298302958320 5.3333 9.4 220 1008 0.78812993 0.00358241 4.8 0.0081835 26907.92 0.185634 50.13333 3.914686123360 6.0000 7.4 220 1008 1.12216157 0.00510073 4.8 0.0081835 30271.41 0.234943 44.4 3.793239469

propeller

240 4.0000 5.8 220 1008 0.02216615 0.00010076 0.32 0.0081835 20180.94 0.104419 23.2 3.144152279280 4.6667 5.6 220 1008 0.03519903 0.00016000 0.32 0.0081835 23544.43 0.142126 26.13333 3.263211639320 5.3333 6 220 1008 0.052542 0.00023883 0.32 0.0081835 26907.92 0.185634 32 3.465735903360 6.0000 5.4 220 1008 0.07481077 0.00034005 0.32 0.0081835 30271.41 0.234943 32.4 3.478158423

Jenis Impeller

X1 X2 Y X12 X22 X1 x X2 Y x X1 X2 x YA m n Y Yi s = (Y-Yi)2

Ln NRe Ln NFr Ln NPo Ln NRe2 Ln NFr2

Ln NRe x Ln NFr

Ln Npo x Ln Nre

Ln NFr x Ln Npo

turbin miring

45

40.497273 -7.34278 6.2744637 410.098733 13.8449 -74.15775915 63.52466752 -11.51800328 2682.248 27159.63 2367.0382 1.568616 266553.995 71050196260

40.497273 -7.34278 6.2744637 410.098733 13.8449 -74.15775915 63.52466752 -11.51800328 2682.248 27159.63 2367.0382 1.568616 271470.433 73695344096

V-16

40.497273 -7.34278 6.2744637 410.098733 13.8449 -74.15775915 63.52466752 -11.51800328 2682.248 27159.63 2367.0382 1.568616 275729.244 76025751028

40.497273 -7.34278 6.2744637 410.098733 13.8449 -74.15775915 63.52466752 -11.51800328 2682.248 27159.63 2367.0382 1.568616 279485.782 78111425586

propeller

40.497273 -7.34278 -4.557737 410.098733 13.7695 -73.93681162 -46.14398157 8.366616497 -19560.42 -19839.55 -1720.035 -1.139434 -212333.706 45085118730

40.497273 -7.34278 -4.557737 410.098733 13.7695 -73.93681162 -46.14398157 8.366616497 -19560.42 -19839.55 -1720.035 -1.139434 -215922.275 46621936932

40.497273 -7.34278 -4.557737 410.098733 13.7695 -73.93681162 -46.14398157 8.366616497 -19560.42 -19839.55 -1720.035 -1.139434 -219030.836 47974007844

40.497273 -7.34278 -4.557737 410.098733 13.7695 -73.93681162 -46.14398157 8.366616497 -19560.42 -19839.55 -1720.035 -1.139434 -221772.78 49182660669

Tabel 5.13 Hasil Perhitungan Penentuan Korelasi Empiris Kebutuhabn Daya Pengadukan

V-17V

-17

5.4.3. Pembahasan

Pada percobaan ini bertujuan untuk mengetahui dan mempelajari seberapa

baik penggunaan variasi jenis pengaduk/impeller yang digunakan dalam

mencampurkan cairan hingga homogen yang disertai dengan pola aliran yang

terbentuk. Sebelum melakukan percobaan, dilakukan pengukuran densitas fluida

yang merupakan campuran antara air dan tinta biru dengan menggunakan

piknometer. Dari hasil perhitungan diperoleh densitas fluida campuran pada suhu

29˚C adalah sebesar 1,008 g/cm³, sementara untuk densitas aqua pada suhu 29˚C

adalah sebesar 0,99596 g/cm³. Densitas fluida campuran lebih besar dibandingkan

fluida air, karena pada fluida campuran terdapat zat warna biru (tinta biru) yang

memberikan massa yang lebih besar yang menyebabkan densitas fluida campuran

lebih besar. Selain densitas dilakukan juga pengukuran untuk viskositas. Dari hasl

perhitungan dengan pendekatan nilai viskositas air dipeoleh viskositas fluida

campuran sebesar 0,81835 cp.

Dalam percobaan ini proses pencampuran dilakukan dalam suatu tangki

berpngaduk. Dimensi tangki perlu diperhatikan untuk mengetahui hubungan dan

pengaruhnya terhadap sistem pencampuran dan pengadukan. Tangki yang digunakan

berbentuk silindris yang alasnya berbentuk flat atau datar dengan diameter 19,2 cm

dan tinggi fluida dalam tangki adalah 19,2 cm. Adapun jenis pengaduk yang

digunakan dalam percobaan ini adalah 2 variasi pengaduk yaitu turbin 6 daun miring

45˚ dan propeller. Dimensi dari kedua pengaduk adalah sama yaitu diameter

pengaduk 6,4 cm ; lebar daun 1,28 cm ; panjang daun 1,6 cm dan pengaduk memiliki

ketinggian dari dasar tangki setinggi 6,4 cm.

Dari hasil percobaan dan perhitungan dapat dijelaskan beberapa hal

diantaranya yakni hubungan kecepatan pengaduk (N) dengan mixing time/waktu

pecampuran (t) , hubungan kecepatan pengaduk (N) dengan daya (P), nilai reynold’s

number dan daerah simulasi serta pola aliran yang terjadi dari masing-masing

pengaduk dengan variasi penggunaan baffle dan non baffle, posisi impeller yakni

centre, off centre dan juga incline. Variasi kecepatan pengaduk yang digunakan ada 4

variasi yakni kecepatan 240, 280, 320 dan 380 rpm.

V-18

5.4.3.1 Hubungan Kecepatan Pengaduk Dengan Waktu Pencampuran

Pencampuran antara zat warna biru (dalam percobaan ini 4 tetes) kedalam air

kedalam tangki berpengaduk dengan posisi atau letak yang berbeda menghasilkan

grafik hubungan antara kecepatan putar pengaduk terhadap waktu, yang ditunjukkan

pada gambar 5.6 dan gambar 5.7.

Gambar 5.6 Hubungan Kecepatan Pengaduk terhadap Mixing Time pada Turbin 6 Daun Miring 45˚

Berdasarkan gambar 5.6 dapat dijelaskan hubungan kecepatan pengaduk

danmixing time adalah fluktuatif (naik-tirun). Dari hasil percobaan dan grafik diatas

dapat diketahui bahwa turbin 6 daun miring 45˚ posisi off centre dengan variasi

baffle memiliki waktu tersingkat untuk mencapai kondisi homogen. Waktu yang

paling cepat adalah 4 s pada kecepatan pengaduk 280 rpm (4,66 rps), sedangkan

untuk waktu pencampuran yang paling lama adalah turbin 6 daun miring 45˚dengan

posisi centre tanpa menggunakan baffle. Waktu paling lama adalah 34 s pada

kecepatan 240 rpm (4 rps). Secara umum, waktu pencampuran paling singkat untuk

turbin 6 daun miring 45˚ adalah dengan variasi menggunakan baffle pada berbagai

posisi baik posisi centre, off centre maupun incline. Secara teori, semakin besar

pengaduk maka semakin kecil waktu pencampuran hal ini disebabkan semakin besar

kecepatan maka energi kinetik dalam campuran semakin besar yang menyebabkan

kontak antar fluida air dengan zat warna biru. Namun, dari grafik ada

V-19

ketidaksesuaian,diman nilainya fluktuatif. Hal ini dapat disebabakan ketidaktelitian

dalam pengamatan pencampuran dalam menentukan apakah suatu campuran sudah

homogen atau tidak.

Gambar 5.7 Hubungan Kecepatan Pengaduk terhadap Mixing Time pada Propeller

Berdasarkan gambar 6.7 dapat dijelaskan secara umum hubungan kecepatan

pengaaduk terhadap waktu pencampuran adalah fluktuatif (naik-turun). Berdasarkan

teori seharusnya kecepatan pengaduk itu berbanding dangan kecepatan pencampuran,

artinya semakin besar kecepatan pengaduk maka semakin kecil waktu pencampuran.

Dari hasil percobaan atau grafik diatas, waktu pencampuran paling singkat adalah

dengan menggunakan pengaduk propeller posisi off centre variasi baffle adalah 4,8 s

dengan kecepatan 280 rpm. Sementara waktu pencampuran yang paling lama juga

dicapai propeller pada posisi off centre namun tanpa menggunakan baffle dan pada

kecepatan 360 rpm atau 6 rps dengan waktu 45 s. Secara umum waktu paling singkat

dicapai oleh pengaduk propeller dengan variasi menggunakan baffle pada berbagai

possisi. Namun secara umum, yang paling singkat dicapai dengan posis incline.

Posisi incline dengan variasi baffle mencapai waktu pencampuran yang singkat

secara umum karena posisi pengaduk dengan kemiringan 45˚ sehingga dapat

mencampurkan fluida secara merata cepat kesegala arah.

V-20

Berdasarkan gambar 5.6 dan 5.7 dapat diketahui bahwa hubungan antara

kecepatan pengaduk dan mixing time bernilai fluktuatif padahal secara teori

seharusnya antara kecepatan pengaduk dan mixing time memiliki hubungan

berbanding terbalik. Hal tersebut dapat disebabkan karena ketidak telitian dalam

pengamatan pencampuran apakah pancampuran sudah mencapai kondisi yang

homogen atau belum. Baik pengaduk jenis turbin 6 daun miring 45˚ ataupun

propeller. Baik pengaduk jenis turbin 6 daun miring 45˚ ataupun propeller, secara

umum posisi centre untuk pengadukan memerlukan waktu yang paling lama dalam

mencapai kondisi homogen. Hal ini terjadi karena pada posisi pengaduk yang berada

ditengah atau dipusat arus tangensial itu mengikuti suatu lintasan dan menimbulkan

vortex pada permukaan zat cair tanpa adanya aliran longitudinal yang bekerja pada

arah paralel dengan poros, sehingga cairan biru yang dicampurkan memerlukan

waktu yang lama agar bercampur dengan seluruhnya. Sementara itu, secara umum

dari kedua pengaduk tersebut waktu pencampuran paling singkat dicapai pada posisi

pengaduk off centre dan incline. Kedua posisi ini dari hasil percobaan mencapai

waktu pencampuran yang singkat. Namun antara posisi off centre dan incline secara

teori yang paling singkat waktu untuk mencapai kondisi homogen , seharusnya

adalah pada posisi incline, namun pada saat tertentu posisi off centre juga mencapai

waktu yang paling singkat. Ketidasesuaian ini disebabkan ketidaktelitian dalam

pengamatan campuran dalam mencapai kondisi homogen sehingga berpengaruh

terhadap pengukuran waktu pencampuran. Dari kedua jenis pengaduk dapat

diketahui bahwa pengaduk turbin 6 daun miring 45˚ kerjanya lebih efektif karena

dengan menggunakan turbin 6 daun miring 45˚ baik mengunakan baffle ataupun

tidak saat mencapai waktu yang paling singkat dalam pencampuran. Dengan

menggunakan baffle, waktu paling cepat dicapai turbin 6 daun miring 45˚ dengan

waktu 5 s. Dengan non baffle waktu paling cepat juga dicapai turbin 6 daun miring

45˚ dengan waktu 4 s. Dengan mengunakan beffle, waktu paling singkat pada posisi

off centre sedangkan non baffle pada posisi incline.

V-21

5.4.3.2 Hubungan Kecepatan Pengaduk dengan Power (daya)

Dari percobaan yang dilakukan dan hasil perhitungan dqapat dibuat grafik

hubungan kecepatan pengaduk dengan daya untuk variasi pengaduk turbin 6 daun

miring 45˚ dan propeller.

Gambar 5.8 Hubungan Power Terhadap Kecepatan Pengaduk

Dari gambar 5.8 dapat dijelaskan bahwa semakin besar daya yang digunakan

maka semakin besar pula kecepatan pengaduk. Artinya daya berbanding lurus dengan

kecepatan pengaduk. Dari gambar 5.8 diatas dapat diketahui bahwa pengaduk turbin

6 daun miring 45˚ memiliki daya yang lebih besar jika dibandingkan dengan

propeller. Daya yang paling besar adalah pada pengaduk turbin 6 daun miring 45˚

yakni 1,1222 watt pada kecepatan 6 rps. Sementara daya yang paling kecil dihasilkan

oleh pengaduk propeller yakni 0,00222 watt pada kecepatan 4 rps. Semakin cepat

putaran pengaduk maka proses pencampuran akan semakin cepat pula. Hal ini

sebanding dengan daya yang dikeluarkan yaitu semakin besar. Kebutuhan daya

pengaduk dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya jarak pengaduk dari dasar

tangki, ada tidaknya baffle serta jumlah daun pengaduk.

V-22

Gambar 5.9 Hubungan antara Nre dengan Npo

Dari gambar 5.9 dapat dijelaskan bahwa nilai number power (Npo) untuk

turbin 6 daun miring 45˚ lebih besar dibanding Npo pada propeller. Npo untuk

turbin 6 daun miring 45˚ adalah sebesar 0,32. Hal ini yang menyatakan bahwa Npo

propeller lebih kecil dari Npo turbin 6 daun miring 45˚. Reynold’s number semakin

besar dengan semakin cepatnya kecepatan pengaduk.

Besarnya nilai reynold number dipengaruhi oleh kecepatan aliran, dimana

semakin besar kecepatan aliran maka semakin besar pula reynold number. Dari hasil

perhitungan terlihat bahwa reynold number lebih dari 10.000, hal ini menunjukkan

bahwa terjadi aliran turbulen yang ditimbulkan oleh vortex pada pengaduk.

Dari percobaan ini dan dari hasil perhitungan diperoleh suatu hubungan

antara besarnya reynold’s number (dalam ln) dengan area turbulansi (dalam ln) untuk

masing- masing jenis pengaduk.

V-23

Gambar 5.10 Hubungan Ln Nre terhadap Ln (n.t) pada Turbin 6 Daun Miring 45˚

Berdasarkan gambar 5.10 menunjukkan bahwa hampir semua posisi baik

dengan variasi baffle dan non baffle, hubungan antara ln Nre dan ln (n.t) besarnya

adalah fluktuatif (naik-turun). Secara teori semakin besar ln Nre maka semakin kecil

ln (n.t) artinya semakin besar turbulansi yang dihasilkan maka waktu pencampuran

akan semakin cepat. Ketidaksesuaian ini dapat disebabkan karena ketidaktelitian

dalam pengamatan dan pengukuran waktu pencampuran karena tidak stabilnya aliran

dan dispersi cairan warna biru yang berpengaruh terhadap pengamatan. Dari gambar

5.10 dapat diketahui bahwa korelasi pencampuran terkecil pada posisi off centre

dengan variasi baffle dengan nilai 2,926739. Sedangkan korelasi pencampuran

terbesar berada pada posisi centre dengan baffle dengan nilai 4,912655. Ini untuk

pengaduk turbin 6 daun miring 45˚.

V-24

Gambar 5.11 Hubungan Ln Nre terhadap Ln (n.t) pada Propeller

Berdasarkan gambar 5.11 untuk jenis pengaduk propeller, hubungan antara ln

Nre dan ln (n.t), semakin besar nilai ln Nre, nilai ln (n.t) nilainya tidak jauh berubah

artinya hampir konstan nilainya. Padahal secara teori seharusnya semakin besar ln

Nre semakin kecil ln (n.t). Ketidaksesuaian ini disebabkan karena ketidaktelitian

ketika pengamatan terhadap waktu pencampuran. Dari hasil perhitungan korelasi

pencampuran terbesar berada pada posisi off centre dengan variasi non baffle sebesar

5,598422. Sedangkan korelasi pencampuran terkecil berada pada posisi off centre

dengan variasi baffle sebesar 3,109061.

V-25

5.4.3.3 Pola Aliran

Berdasarkan hasil percobaan dapat digambarkansuatu pola aliran yang

dihasilkan oleh masing – masing pengaduk.

(a) (b) (c)

Gambar 5.12 Pola Aliran dalam Tangki Berpengaduk Turbin 6 Daun Miring 45° Non-Baffle: (a) Center (b) Off-Center (c) Incline

Berdasarkan gambar 5.12 yang menggunakan pengaduk turbin 6 daun miring

45˚ tanpa dilengkapi baffle akan menghasilkan pola aliran tangensial, dimana pada

pola aliran ini akan menimbulkan arus putar dan vortex. Pengaduk jenis ini

menimbulkan arus yang berlangsung diseluruh tangki untuk menjangkau jenis

campuran yang viskositasnya cukup besar. Posisi terbaik dalam melakukan

pencampuran untuk waktu pencampuran yang singkat adalah posisi incline. Hal ini

disebabkan pada posisi incline terbentuk pola aliran yang menyebar membentuk

turbulensi yang mempercepat dispersi atau pencampuran untuk mendapatkan kondisi

homogen.

(a) (b) (c)

Gambar 5.13 Pola Aliran untuk Pengaduk Turbin 6 Daun Miring 45° yang Dilengkapi Baffle : (a) Center (b) Off-Center (c) Incline

V-26

Berdasarkan gambar 5.13 untuk pengaduk turbin 6 daun miring 45˚

menghasilkan pola aliran aksial yang kuat. Penggunaan baffle disini sebagai

penyangga yang menyebabkan pola aliran terbentuk lebih terbatas karena adanya

baffle, sehingga dengan adanya baffle menyebabkan waktu pencampuran semakin

singkat. Posisi incline meghasilkan turbulensi yang besar karena pengaduk dimiring

45˚ yang menyebabkan pola arus aksial yang kuat.

(a) (b) (c)

Gambar 5.14. Pola Aliran dalam Tangki Berpengaduk Propeller Non-Baffle: (a) Center (b) Off-Center (c) Incline

Berdasarkan Gambar 5.14 untuk pengaduk propeller menghasilkan pola

aliran aksial yang juga disertai dengan terbentuknya vortex. Pada jenis pengaduk ini

cairan dipindahkan secara longitudinal, dimana pola aliran ini menyebabkan

campuran bergeser dengan kondisi gaya geser yang bervariasi yaitu dengan posisi

centre, off centre dan incline. Pada posisi incline, turbulensi yang dihasilkan besar

sehingga pola aliran berputar dengan cepat hamper keseluruh bagian cairan.

V-27

(a) (b) (c)

Gambar 5.15 Pola Aliran dalam Tangki Berpengaduk Propeller yang Dilengkapi

Baffle: (a) Center (b) Off-Center (c) Incline

Berdasarkan Gambar 5.15 menunjukkan pola aliran yang terbentuk adalah

aksial. Pada pola aliran ini fluida mengalir dari bawah menuju kepermukaan cairan

pada tangki. Namun, karena adanya baffle menyebabkan aliran turbulensi yang

terbentuk menjadi semakin kecil karena terhambat sehingga tercampurnya antara

cairan warna biru dan air menjadi semakin cepat jika dibandingkan dengan tanpa

baffle. Propeller merupakan impeller aliran aksial berkecepatan tinggi untuk zat cair

berviskositas rendah.

V-28

5.5 Penutup

5.5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diperoleh dari hasil percobaan ini yaitu:

1. Operasi pengadukan, semakin lama pengadukan, semakin homogen

campuran yang didapatkan.

2. Faktor – faktor yang mempengaruhi efektifitas pada pencampuran

adalah kecepatan pengaduk, jenis pengaduk, ada tidaknya baffle, letak tangki,

temperatur dan viskositas.

3. Kecepatan pengaduk berbanding lurus dengan power (daya) dengan

daya terkecil pada pengaduk propeller dan yang lebih besar pada turbin 6 daun

miring 45˚.

5.5.2. Saran

Sebaiknya lebih cermat dalam pengamatan pencampuran yang telah homogen

agar diperoleh mixing time yang akurat.

V-29