Post on 05-Aug-2015
FILTER TESTING UNIT
LAPORAN PRAKTIKUM PERLAKUAN MEKANIK
laporan ini disusun untuk diajukan sebagai tugas mata kuliah Perlakuan
Mekanik
Dosen Pembimbing : Iwan Ridwan, S.T, M.T
Oleh : Kelompok VI
Kelas: 2A - TKPB
Miman Munandar (101424022)
Nita Aprliyani G (101424023)
Nora Zahara (101424024)
Reza Aulia Z (101424025)
Tanggal Praktikum : 12 Juni 2012
Tanggal Penyerahan Laporan : 18 Juni 2012
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH
JURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2012
FILTER TESTING UNIT
TUJUAN1. Melakukan proses filtrasi pada tekanan tetap dengan variasi tekanan berbeda-beda.
2. Menghitung tahanan spesifik ampas (α), tahanan ampas (Rc), tahanan filter medium (Rm),
laju filtrasi (dvdt
), waktu filtrasi (t).
3. Menganalisa pengaruh tekanan terhadap kualitas hasil filtrasi.
DASAR TEORIFiltrasi adalah pembersihan partikel padat dari suatu fluida dengan
melewatkannya pada medium penyaringan, atau septum, yang di atasnya padatan akan
terendapkan. Range filtrasi pada industri mulai dari penyaringan sederhana hingga
pemisahan yang kompleks. Fluida yang difiltrasi dapat berupa cairan atau gas; aliran
yang lolos dari saringan mungkin saja cairan, padatan, atau keduanya. Suatu saat justru
limbah padatnyalah yang harus dipisahkan dari limbah cair sebelum dibuang. Di dalam
industri, kandungan padatan suatu umpan mempunyai range dari hanya sekedar jejak
sampai persentase yang besar. Seringkali umpan dimodifikasi melalui beberapa
pengolahan awal untuk meningkatkan laju filtrasi, misal dengan pemanasan, kristalisasi,
atau memasang peralatan tambahan pada penyaring seperti selulosa atau tanah
diatomae. Oleh karena varietas dari material yang harus disaring beragam dan kondisi
proses yang berbeda, banyak jenis penyaring telah dikembangkan, beberapa jenis akan
dijelaskan di bawah ini.
Prinsip filtrasi dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
Pada awalnya suspensi mengalir melalui medium filter, filtrat yang dihasilkan
mempunyai laju alir besar tetapi kualitas filtrat tidak begitu jernih. Seiring dengan
terbentuknya cake (padatan tertahan) maka laju filtrat makin menurun tetapi kualitas
filtrat semakin jernih, hal itu disebabkan cake yang terbentuk berfungsi juga sebagai
penyaring. Lapisan cake yang terbentuk akan semakin tebal mengakibatkan laju filtrat
makin kecil, oleh karena itu pada ketebalan tertentu harus dilakukan proses pengambilan
cake.
Laju
Waktu
Agar suspensi bisa mengalir melalui medium filter maka dibutuhkan perbedaan
tekanan yang signifikan. Ada dua cara yang dapat dilakukan : pertama suspensi dipompa
(tekanan fluida sebelum medium filter lebih tinggi) atau cara kedua ruang filtratnya
divakumkan sehingga suspensi tertarik menuju ruang filtrat melalui medium filter. Alat
Filter Testing Unit adalah peralatan filtrasi yang menggunakan metode kedua.
Metode ini mirip penyaringan dengan corong buchner yang dihubungkan dengan
waterjet untuk pemvakuman.
Pada percobaan penyaringan dengan metoda vakum akan dihitung harga tahanan
cake dan tahanan medium filter dari variasi tekanan yang berbeda.
Persamaan yang digunakan untuk kondisi tekanan tetap :
dtdV
=μα cs
A2(−Δp )V+ μ
A (−Δp )Rm ⋯⋯⋯⋯⋯⋯ (1 )
Persamaan tersebut diintegralkan menjadi :
∫0
t
dt=∫0
V
(μα cs
A2 (−Δp )V +μ
A (−Δp )Rm)dV ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ (2 )
t=μα cs
2 A2 (−Δp )V 2+
μRm
A (−Δp )V →
tV
=μα cs
2 A2(−Δp )V +
μRm
A(−Δp )⋯⋯ (3)
di mana : K p=μα cs
A2 (−Δp )dan B=
μRm
A (−Δp )
Persamaan 3 disederhanakan menjadi :
tV
=K p
2V +B ⋯⋯⋯⋯⋯⋯ (4 )
grafik t/V terhadap V akan menghasilkan grafik sebagai berikut
t/V
slope = Kp/2
intercept = B
V
Dari persamaan diatas kita dapatkan koefisien tahanan cake :
α =K p A2(−Δp )
μ c ..............(5)
dan koefisien tahanan medium filter :
Rm =BA(−Δp )
μ ...............(6)
= o (- ΔP)s………………….. (7)
log = log o + s log (- ΔP)
Rm = Rmo (- ΔP)n……………… (8)
Log Rm = log Rmo + n log (- ΔP)
Keterangan :
t = waktu filtrasi ( dalam detik [ s ] )
V = volume filtrat yang dihasilkan saat t ( dalam m3 )
= koefisien tahanan cake ( dalam m/kg)
Rm = koefisien medium filter (dalam m-1)
i. = viskositas filtrat (dalam Pa s atau kg/m s )
A = luas total medium filter ( dalam m2)
ΔP = perbedaan tekanan ( dalam N/ m2 atau kg/m s2 )
Cs = konsentrasi slurry ( dalam kg/m3 )
Faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan ketika memilih jenis peralatan dan
kondisi operasi adalah :
(1)Sifat fluida terutama viskositas, densitas dan sifat korosinya
(2)Keadaan dari partikel padat, ukuran dan bentuk, distribusi ukuran partikel dan
karakteristik
(3)konsentrasi partikel padat di suspensi
(4)Jumlah dari seluruh bahan yang akan diproses dan nilainya
(5)Bagian yang akan digunakan (padat, cair, keduanya)
(6)Perlu tidaknya mencuci padatan yang telah tersaring
(7)Kontaminasi yang berpengaruh besar pada produk jika terjadi kontak antara bahan
dan peralatan
(8)Ada tidaknya perlakuan lain sebelum proses filtrasi yang akan membantu proses
filtrasi tersebut.
Gambar dan skema peralatan FTU
ALAT DAN BAHAN
Alat :
1. Seperangkat alat filter testing unit
2. Kertas saring
3. Pompa vakum
4. Jangka sorong
5. Stopwatch
6. Ember plastic
7. Kertas timbang
8. Neraca teknis
Bahan :
6 liter larutan suspensi dengan konsentrasi tepung tapioka 3% untuk satu run
percobaan, jumlah suspense yang disediakan bergantung jumlah percobaan yang
akan dilakukan.
DIAGRAM KERJA
1) Pembuatan slurry
2) Proses dalam Filter Testing Unit
180 gram tepung kanji + 6 liter air
ember plastik
aduk hingga homogen
Pasang kertas filter diatas filter glass, lalu
letakkan pada peralatan FTU.
Rapatkan sekrup, periksa sambungan gasket, tangki
pengaduk, pompa peristaltik, dan unit penampung.
Pastikan tidka ada kebocoran.
Atur tekanan vakum yang dikehendaki.
Hidupkan pimpa peristaltik.
Catat waktu setiap 0,5 L (dan
kelipatannya) filtrat yang diperoleh.
Hentikan proses filtrasi setelah filtrat
mencapai 5 L.
Buka Filter glass yang dipasang.
ukur ketebalan cake.
Homogenkan kembali cake dengan filtrat. ulangi
percobaan tersebut dengan memvariasikan tekanan
vakum.
DATA PENGAMATAN
Jari – jari kertas saring = 23,3 cm = 0,233 m
Luas total medium filter = 0.17 m2
Viskositas filtrate air = 1000 kg/m s
Berat tepung = 180 gram = 0,18 kg
Volume air = 6 liter = 0.006 m3
Konsentrasi slurry = 0,18 kg
0,006 m3
= 30 kg / m3
Nilai yang dicatat selama percobaan :
Volume filtrat
( m3 )
Waktu t (s)
∆P = 0,3 bar ∆P = 0,4 bar ∆P = 0,5 bar
0,0005 49 34 52
0,0010 98 112 154
0,0015 170 197 273
0,0020 241 253 372
0,0025 327 355 476
0,0030 405 485 580
0,0035 486 530 671
0,0040 573 626 759
0,0045 674 730 916
0,0050 779 854 1180
PERHITUNGAN
a) Menentukan harga Kp dan B untuk masing-masing tekanan dengan menggunakan grafik
t/V terhadap V
1. RUN 1
∆P = 0,3 bar = 3.104 kg/m.s2
Volume filtrat
( m3 )Waktu t (s)
t/V
( s/m3)
0,0005 49 98000
0,0010 98 98000
0,0015 170 113333,33
0,0020 241 120500
0,0025 327 130800
0,0030 405 135000
0,0035 486 138857,14
0,0040 573 143250
0,0045 674 149777,78
0,0050 779 155800
Menentukan Harga Kp dan B Untuk Masing-Masing Tekanan dengan Menggunakan
Grafik t/V terhadap V
0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.0060
20000
40000
60000
80000100000
120000
140000
160000180000
f(x) = 13230293.6969697 x + 91948.5173333333R² = 0.969275523981213
Grafik t/V vs V pada ∆P = 0,3 bar
V (m3)
t/V
(s/m
3)
Persamaan grafik t/V vs V pada ∆P tetap → tV
=K p
2V+B
Persamaan grafik t/V vs V pada ∆P = 0,3 bar → y =107x + 91949
jadi,
Kp = 2.107
B = 91949
Mencari tahanan spesifik ampas (α)
μ .α . Cs
2 A2 (−∆ P )=K p
1000kg
m . s. α .30
kg
m3
2× 0,17 m2(3×104 kgm s2 )
=2×107
α = 6,8 x 106 m/kg
Mencari tahanan cake (Rc)
Rc= α . Cs .V
A
= 6,8 ×106 ×30 ×0,0050,17
= 6 x 106 kg/m2
Mencari tahanan media filter (Rm)μ . Rm
A (−∆ P )=B
1000. Rm
0,17 (3×104 )=91949
Rm = 46,893 x 104 m−1
Mencari waktu filtrasi
t= Kp2
V 2+BV
t=2 ×107(0,005)2+(91949 ×0,005)
t=959,745detik
Mencari laju filtrasi
dVdt
=A (−∆ P )
(Rc+Rm) μ
dVdt
=0,17 (3 ×104 )
(6 ×106+46,893 ×104 )1000
dVdt
=7,883 ×10−7 m3
detik
2. RUN 2
∆P = 0,4 bar = 4.104 kg/m. s2
Volume filtrat
( m3 )Waktu t (s)
t/V
( s/m3)
0,0005 34 68000
0,0010 112 112000
0,0015 197 131333,33
0,0020 253 126500
0,0025 355 142000
0,0030 485 161666,67
0,0035 530 151428,57
0,0040 626 156500
0,0045 730 162222,22
0,0050 854 170800
0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.0060
20000400006000080000
100000120000140000160000180000
f(x) = 18145954.7878788 x + 88343.7033333333R² = 0.797726010122981
Grafik t/V vs V pada ∆P = 0,4 bar
V (m3)
t/V
(s/m
3)
Persamaan grafik t/V vs V pada ∆P tetap → tV
=K p
2V+B
Persamaan grafik t/V vs V pada ∆P = 0,4 bar → y = 2.107x + 88344
jadi,
Kp = 4.107
B = 88344
Mencari tahanan spesifik ampas (α)
μ .α . Cs
2 A2 (−∆ P )=K p
1000kg
m. s. α .30
kg
m3
2× 0,17 m2(4× 104 kgm s2 )
=4×107
α = 18,133 x 106 m/kg
Mencari tahanan cake (Rc)
Rc= α . Cs .V
A
= 18,133× 106 ×30 ×0,0050,17
= 15,999 x 106 kg/m2
Mencari tahanan media filter (Rm)
μ . RmA (−∆ P )
=B
1000. Rm
0,17 (4 ×104 )=88344
Rm = 60,073 x 104 m−1
Mencari waktu filtrasi
t= Kp2
V 2+BV
t=4 ×107(0,005)2+(88344 × 0,005)
t=1441,72 detik
Mencari laju filtrasi
dVdt
=A (−∆ P )
(Rc+Rm) μ
dVdt
=0,17 ( 4 × 104 )
(15,999× 106+60,073 ×104 ) 1000
dVdt
=4,096 × 10−7 m3
detik
RUN 3
∆P = 0,5 bar = 5.104 kg/m. s2
Volume filtrat
( m3 )Waktu t (s)
t/V
( s/m3)
0,0005 52 104000
0,0010 154 154000
0,0015 273 182000
0,0020 372 186000
0,0025 476 190400
0,0030 580 193333,33
0,0035 671 191714,28
0,0040 759 189750
0,0045 916 203555,56
0,0050 1180 236000
0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.0060
50000
100000
150000
200000
250000
f(x) = 19317758.6666666 x + 129951.480666667R² = 0.725662687076671
Grafik t/V vs V pada ∆P = 0,5 bar
V (m3)
t/V
(s/m
3)
Persamaan grafik t/V vs V pada ∆P tetap → tV
=K p
2V+B
Persamaan grafik t/V vs V pada ∆P = 0,5 bar → y = 2.107x + 129951
jadi,
Kp = 4.107
B = 129951
Mencari tahanan spesifik ampas (α)
μ .α . Cs
2 A2 (−∆ P )=K p
1000kg
m . s. α .30
kg
m3
2× 0,17 m2(5×104 kgm s2 )
=4 ×107
α = 22,667 x 106 m/kg
Mencari tahanan cake (Rc)
Rc= α . Cs .V
A
= 22,667 ×106 ×30 × 0,0050,17
= 20,001 x 106 kg/m2
Mencari tahanan media filter (Rm)μ . Rm
A (−∆ P )=B
1000. Rm
0,17 (5×104 )=129951
Rm = 90,965 x 104 m−1
Mencari waktu filtrasi
t= Kp2
V 2+BV
t=4 ×107(0,005)2+(129951× 0,005)
t=1649,755 detik
Mencari laju filtrasi
dVdt
=A (−∆ P )
(Rc+Rm) μ
dVdt
=0,17 (5 ×104 )
(20,001× 106+90,965 ×104 ) 1000
dVdt
=4,064 ×10−7 m3
detik
b) Harga α0 dan s berdasarkan grafik log α terhadap log (-∆P)
-∆P ( kg/m.s2) α ( m/kg) log α log (-∆P)
3.104 6,8 . 106 6,832 4,477
4.104 18,133 . 106 6,458 4,602
5.104 22,67. 106 6,355 4,698
6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.94.35
4.4
4.45
4.5
4.55
4.6
4.65
4.7
4.75
f(x) = − 0.428701053400139 x + 7.39961073134858R² = 0.942878168463931
Grafik log α vs log (-∆P)
Log α
log
(-∆P)
α=α0(−∆ P)s
log α=log α0+ log(−∆ P)
Persamaan log α vs log (-∆ P ¿ → y = -0,428x + 7,399
Jadi, y = log α
S (slope) = -0,428x
log α0 = 7,399
α0 = 25,06 x 106
c) Harga Rm0 dan n berdasarkan grafik log Rm terhadap log (-∆P)
-∆P ( kg/m.s2) Rm ( m-1) log Rm log (-∆P)
3.104 46,893 . 104 6,671 4,477
4.104 60,073 . 104 6,778 4,602
5.104 90,965 . 104 6,958 4,698
4.45 4.5 4.55 4.6 4.65 4.7 4.756.5
6.556.6
6.656.7
6.756.8
6.856.9
6.957
f(x) = 1.27686544882061 x + 0.938541570532835R² = 0.951766429161771
Grafik log Rm vs log (-∆P)
log (-∆P)
Log
Rm
Rm=Rm0(−∆ P)s
log Rm=log Rm0+n log(−∆ P)
Persamaan log Rm vs log (-∆ P ¿ → y = = 1,276x + 0,938
Jadi, y = log Rm
N (slope) = 1,276
log Rm0 = 0,938
Rm0 = 8,669
PEMBAHASAN
Miman Munandar (101424022)
Pada praktikum yang dilakukan kali ini adalah filtrasi/penyaringan dengan metoda
vakum. Secara umum filtrasi, dilakukan bila jumlah padatan dalam suspensi relatif kecil
dibandingkan zat cairnya. Percobaan filtrasi kali ini menggunakan metoda vakum dengan alat
Filter Testimg Unit dan umpan larutan kanji 6 liter dan kondisi operasi untuk tekanan dibuat
variasi, yaitu 0.3 bar, 0.4 bar, dan 0.5 bar. Tujuan percobaan tersebut adalah untuk
mengetahui besarnya tahanan spesifik ampas (α), tahanan ampas (Rc), tahanan filter medium
(Rm), laju filtrasi (dV/dt), dan waktu filtrasi yang digunakan pada kondisi operasi yang telah
ditentukan, serta menganalisis pengaruh tekanan terhadap kualitas hasil filtrasi.
Pada permulaan filtrasi pada penyaring ini beberapa partikel padat memasuki medium
pori dan ditahan, tetapi dengan segera mulai berkumpul di permukaan septum (permukaan
kertas saring). Setelah periode awal ini padatan cake mulai terfiltrasi, padatan tersebut mulai
menebal di permukaan dan harus dibersihkan secara periodik, kecuali jika dilengkapi dengan
kantong penyaring, namun penyaring jenis Filter Testing Unit umumnya hanya digunakan
untuk pemisahan padat-cair. Sebagaimana penyaring lainnya, penyaring ini dapat beroperasi
dengan tekanan di atas atmosfer pada aliran atas medium penyaring atau tekanan vakum pada
aliran bawah, namun pada praktikum kali ini dilakukan dengan cara metoda vakum. Slurry
dapat mencapai permukaan filter (kertas saring) dengan tekanan tertentu, cairan melalui filter
dan keluar ke pipa pembuangan sebagai filtrat, meninggalkan padatan cake basah
dibelakangnya. Kertas saring dipasang pada posisi horizontal di atas ‘batuan filter’ dan
ditekan bersamaan dengan memutar skrup hidraulik. Di sini padatan akan terendapkan di atas
kertas saring yang menutupi permukaan filter.
Filtrasi dilanjutkan sampai cairan tidak lagi muncul pada keluaran atau tekanan filtrasi
secara tiba-tiba meningkat. Hal ini terjadi ketika filter penuh padatan atau tidak ada slurry
lagi yang dapat masuk. Jika hal demikian terjadi, alat ini dapat dikatakan mengalami
kemacetan (jammed).
Bahan yang digunakan untuk filtrasi ini adalah 6 liter larutan suspensi dengan
konsentrasi tepung tapioca 3% untuk setiap satu run percobaan. Sebanyak 180 gr tepung
tapioca dilarutkan dalam 6 liter air untuk memperoleh konsentrasi larutan slurry 3%. Variasi
tekanan yang dilakukan pada percobaan kali ini menyebabkan terjadinya beberapa data yang
bervariasi pula.
-∆P
( kg/m.s2)Kp B α ( m/kg) Rc kg/m2 Rm ( m-1)
Laju filtrasi
m3/detik
3.104 2.107 91949 6,8 . 106 6. 106 46,893 . 104 7,883. 10-7
4.104 4.107 88344 18,133 . 106 15,999. 106 60,073 . 104 4,096. 10-7
5.104 4.107 129951 22,67. 106 20. 106 90,965 . 104 4,064. 10-7
Data yang ditampilkan pada tabel di atas, dapat disimpulkan bahwa:
Semakin besar tekanan, tahanan spesifik ampas juga semakin
besar.
Semakin besar tekanan, tahanan cake juga semakin besar
karena pada waktu yang sama tekanan yang lebih besar
mengalirkan tepung lebih banyak, sehingga cake lebih cepat
terbentuk dan memberikan tahanan lebih besar.
Semakin besar tekanan, tahanan media filter juga semakin
besar karena tekanan yang lebih besar membuat media filter
berusaha menahan lebih banyak, sehingga nilai tahanan
media filternya membesar.
Semakin besar tekanan, gaya dorong dari slurry yang disebabkan oleh
kerja pompa terhadap filter semakin besar pula sehingga waktu yang
diperlukan untuk proses filtrasi-pun akan semakin cepat.
Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar tekanan, laju
filtrasinya semakin besar, karena dalam waktu yang sama
tekanan yang besar mengalirkan larutan yang lebih banyak.
Semakin besar tekanan maka hasil filtrasi memiliki kualitas yang semakin baik, hal
ini dikarenakan ampas/cake yang terbentuk semakin banyak dan menyebabkan ampas
tersebut berfungsi juga sebagai medium filtrasinya.
.
KESIMPULAN
-∆P
( kg/m.s2)Kp B α ( m/kg) Rm ( m-1) log α log Rm log (-∆P)
3.104 2.107 91949 6,8 . 106 46,893 . 104 6,832 6,671 4,477
4.104 4.107 88344 18,133 . 106 60,073 . 104 6,258 6,778 4,602
5.104 4.107 129951 22,67. 106 90,965 . 104 6,355 6,958 4,698
Semakin besar tekanan, tahanan spesifik ampas, tahanan cake,
tahanan media filter, laju filtrasinya juga semakin besar. Dan waktu yang
dibutuhkan untuk filtrasi semakin cepat.
Tekanan juga berpengaruh terhadap kualitas hasil filtrasi. Yaitu semakin besar tekanan maka hasil
filtrasi memiliki kualitas yang semakin baik.
DAFTAR PUSTAKA
Badger. W.L and Bacheru ,J.L.1976. Introduction to Chemical Engineering.
Tokyo:Mc Graw Hill Book Co.
Perry, R.H. Don Green. 1984. Chemical Engineering, 6th ed. Tokyo:Mc Graw Hill
Book.
Samsudin, A.M dan Khoirudin. 2005. Ekstraksi. Filtrasi Membran dan Uji Stabilitas
Zat Warna Kulit Manggis. Universitas Diponegoro.
-∆P
( kg/m.s2)Rc kg/m2
Laju filtrasi
m3/detik
3.104 6. 106 7,883. 10-7
4.104 15,999. 106 4,096. 10-7
5.104 20. 106 4,064. 10-7