Bab 1 Mixing

29
ABSTRAK Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan dari bahan yang diaduk seperti molekul-molekul, zat-zat yang bergerak atau komponennya menyebar (terdispersi). Tujuan dari praktikum ini adalah menentukan pola-pola aliran yang terjadi dalam tangki berpengaduk, menjelaskan pengaruh penggunaan sekat dan tanpa sekat pada pola aliran yang ditimbulkan, menghitung kebutuhan daya yang diperlukan untuk suatu operasi pencampuran dan menentukan karakteristik daya pengaduk.Variabel yang digunakan dalam praktikum ini adalah jenis pengaduk (propeller, paddle, dan turbin), tangki berpenyekat dan tangki tanpa penyekat. Dari percobaan didapatkan hasil, pada pengaduk paddle pola aliran yang dihasilkan adalah pola aliran radial sedangkan pada pengaduk propeller pola aliran yang dihasilkan adalah pola aliran aksial. Bilangan daya yang terbesar dihasilkan pada impeller berjenis paddle didalam tangki tanpa sekat yaitu 0,0079. Bilangan daya terkecil dihasilkan pada impeller jenis propeller didalam tangki tanpa sekat dan bersekat yaitu 0. Sedangkan NRe yang dihasilkan dari percobaan ini adalah besar dari 1 x 10 4 , sehingga aliran yang dihasilkan berupa aliran turbulen. Kata kunci : Daya, impeller, pola aliran, tangki berpengaduk

description

bab 1 percobaan pengadukan

Transcript of Bab 1 Mixing

ABSTRAK

Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan dari bahan yang diaduk seperti molekul-molekul, zat-zat yang bergerak atau komponennya menyebar (terdispersi). Tujuan dari praktikum ini adalah menentukan pola-pola aliran yang terjadi dalam tangki berpengaduk, menjelaskan pengaruh penggunaan sekat dan tanpa sekat pada pola aliran yang ditimbulkan, menghitung kebutuhan daya yang diperlukan untuk suatu operasi pencampuran dan menentukan karakteristik daya pengaduk.Variabel yang digunakan dalam praktikum ini adalah jenis pengaduk (propeller, paddle, dan turbin), tangki berpenyekat dan tangki tanpa penyekat. Dari percobaan didapatkan hasil, pada pengaduk paddle pola aliran yang dihasilkan adalah pola aliran radial sedangkan pada pengaduk propeller pola aliran yang dihasilkan adalah pola aliran aksial. Bilangan daya yang terbesar dihasilkan pada impeller berjenis paddle didalam tangki tanpa sekat yaitu 0,0079. Bilangan daya terkecil dihasilkan pada impeller jenis propeller didalam tangki tanpa sekat dan bersekat yaitu 0. Sedangkan NRe yang dihasilkan dari percobaan ini adalah besar dari 1 x 104, sehingga aliran yang dihasilkan berupa aliran turbulen.

Kata kunci : Daya, impeller, pola aliran, tangki berpengadukBAB I

PENDAHULUAN

1.1. Tujuan Percobaan

Tujuan dari praktikum ini adalah :

a. Dapat menjelaskan pola-pola aliran yang terjadi dalam tangki berpengaduk.

b. Dapat menjelaskan pengaruh penggunaan sekat tau tanpa sekat pada pola aliran yang ditimbulkan.

c. Dapat menghitung kebutuhan daya yang diperlukan untuk suatu operasi pencampuran.

d. Dapat menentukan karakteristik daya pengaduk.

1.2. Landasan Teori

1.2.1. Pengadukan dan Pencampuran

Pengadukan (agitation) merupakan operasi yang menimbulkan gerakan pada suatu bahan (fluida) di dalam sebuah tangki, dimana gerakannya membentuk suatu pola sirkulasi (Mc. Cabe, 1985). Fungsi utama operasi pengadukan adalah sebagai sarana pencampuran, yang bertujuan untuk menyeragamkan suatu campuran bahan. Fungsi lainnya adalah untuk menyelenggarakan reaksi, mempercepat perpindahan panas, mempercepat perpindahan massa, serta menyebarkan atau mendispersikan gas di dalam zat cair dalam bentuk gelembung-gelembung kecil. Salah satu sistem pengadukkan yang banyak ditemui di industri proses kimia adalah tangki berpengaduk, yang umumnya digunakan untuk mengaduk fluida cair. Sistem ini terdiri dari suatu tangki penampung fluida, pengaduk (impeller) yang terpasang pada batang pengaduk dan perangkat penggerak (motor) yang mengubah pasokan energi luar menjadi gerakan batang pengaduk.

Pengadukan berbeda dengan pencampuran. Tidak semua operasi pengadukkan melibatkan pencampuran. Akan tetapi, proses pencampuran biasanya melibatkan pengadukan. Pencampuran (mixing) merupakan suatu peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara acak, di mana bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain dan sebaliknya (Mc.Cabe, 1985). Sebelum adanya pencampuran, bahan-bahan yang akan dicampur terpisah dalam satu fasa atau lebih. Misalnya, Carboxy Methyl Celluloce (CMC) (berfasa padat) yang dicampurkan ke dalam air (berfasa cair) di dalam suatu bejana. Pada proses pencampuran, pengadukkan dilakukan untuk menyeragamkan suatu campuran dengan cepat dan meningkatkan transfer momentum antar partikel pada fluida yang diaduk. Dengan pengadukan maka akan mempercepat tercapainya campuran homogen pada proses pencampuran.

1.2.2. Fenomena Pengadukan dan Pencampuran

Seringkali terjadi kesalahpahaman tentang pengadukan dan pencampuran. Sebenarnya pengadukan (agitation) menunjukkan gerakan pada suatu bahan di dalam bejana, dimana gerakan itu mempunyai pola sirkulasi tertentu. Sedangkan pencampuran (mixing) ialah peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara acak, dimana bahan yang satu menyebar ke bahan lainnya, sebelum bahan tersebut terpisah dalam dua atau lebih fase (Geankoplis,1993).1.2.3. Tujuan Operasi Pengadukan.Pengadukan zat cair dilakukan untuk berbagai maksud, antara lain :

1. Untuk membuat suspensi partikel zat padat.

2. Untuk meramu zat cair yang mampu campur (miscible), seperti metal alcohol-air.

3. Untuk menyebarkan (disperse) gas di dalam zat cair, dalam bentuk gelembung-gelembung kecil.

4. Untuk menyebarkan zat cair yang tidak dapat bercampur dengan zat cair lain sehingga membentuk emulsi atau suspense butiran-butiran halus.

5. Untuk mempercepat perpindahan kalor anatara zat cair dengan kumparan atau mantel pemanas kalor.

Pencampuran diartikan sebagai suatu proses menghimpun dan membaurkan bahan-bahan. Proses utama pada pencampuran adalah penyisipan antar partikel jenis yang satu di antara partikel jenis yang lain. Dalam hal ini diperlukan gaya mekanik untuk menggerakkan alat pencampur supaya pencampuran dapat berlangsung dengan baik. Proses pencampuran bisa dilakukan dalam sebuahtangki berpengaduk.

Aplikasi pengadukan dan pencampuran bisa ditemukan dalam rentang yang luas, diantaranya dalam proses suspensi padatan, dispersi gas-cair, cair-cair maupun padat-cair, kristalisasi, perpindahan panas dan reaksi kimia.1.2.4 FaktorFaktor yang Mempengaruhi Proses pengadukan dan pencampuranProses pengadukan dan pencampuran dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah

a. Perbandingan antara geometri tangki dengan geometri pengaduk.

b. Bentuk dan jumlah pengaduk.

c. Posisi sumbu pengaduk.

d. Kecepatan putaran pengaduk.

e. Penggunaan sekat dalam tangki dan juga properti fisik fluida yang diaduk yaitudensitasdanviskositas.

Oleh karena itu, perlu tersedia seperangkat alat tangki berpengaduk yang bisa digunakan untuk mempelajari operasi dari pengadukan dan pencampuran tersebut.

Pencampuran terjadi pada tiga tingkatan yang berbeda yaitu :a. Mekanisme konvektif :pencampuran yang disebabkan aliran cairan secara keseluruhan (bulk flow).

b. Eddy diffusion :pencampuran karena adanya gumpalan - gumpalan fluida yang terbentuk dan terhamburkan dalam medan aliran.

c. Diffusion :pencampuran karena gerakan molekuler.

Ketiga mekanisme terjadi secara bersama-sama, tetapi yang paling menentukan adalah eddy diffusion. Mekanisme ini membedakan pencampuran dalam keadaan turbulen dengan pencampuran dalam medan aliran laminer. Sifat fisik fluida yang berpengaruh pada proes pengadukan adalah densitas dan viskositas.Secara khusus, proses pengadukan dan pencampuran digunakan untuk mengatasi tiga jenis permasalahan utama, yaitu :

a. Untuk menghasilkan keseragaman statis ataupun dinamis pada sistem multifase multikomponen.

b. Untuk memfasilitasi perpindahan massa atau energi diantara bagian-bagian dari sistem yang tidak seragam.

c. Untuk menunjukkan perubahan fase pada sistem multikomponen dengan atau tanpa perubahan komposisi.

a. Dimensi dan Geometri Tangki

Kapasitas tangki yang dibutuhkan untuk menampung fluida menjadi salah satu pertimbangan dasar dalam perancangan dimensi tangki. Fluida dalam kapasitas tertentu ditempatkan pada sebuah wadah dengan besarnya diameter tangki sama dengan ketinggian fluida. Rancangan ini ditujukan untuk mengoptimalkan kemampuan pengaduk untuk menggerakkan dan membuat pola aliran fluida yang melingkupi seluruh bagian fluida dalam tangki.

......................................................... (1)Persamaan (1) merupakan rumus dari volume sebuah tangki silinder. Sehingga salah satu pertimbangan awal untuk merancang alat ini adalah dengan mencari nilai dari diameter yang sama dengan tangki untuk kapasitas fluida yang diinginkan dalam pengadukan dan pencampuran. Diameter tangki ditentukan dengan persamaan (2). Tangki dengan diamter yang lebih kecil dibandingkan ketingannya memiliki kecendrungan menambah jumlah pengaduk yang digunakan.

.................................................................(2)dengan D = tRancangan dasar dimensi dari sebuah tangki berpengaduk dengan perbandingan terhadap komponen-komponen yang menyusunnya ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1.1.Dimensi sebuah Tangki Berpengaduk (Tatterson,1991)dimana :C= Tinggi Pengaduk Dari Dasar Tangki

D= Diameter Pengaduk

Dt= Diameter Tangki

H= Tinggi Fluida Dalam Tangki

J= Lebar Baffle

W= Lebar Pengaduk

Hubungan dari dimensi pada Gambar 1 adalah :

Gambar 1.2. Hubungan dari dimensi pada Gambar 1.1

Geometri dari tangki dirancang untuk menghindari terjadinyadead zoneyaitu daerah dimana fluida bisa digerakkan oleh aliran pengaduk. Geometri dimana terjadinyadead zonebiasanya berbentuk sudut ataupun lipatan dari dinding-dindingnya.b. Posisi Sumbu PengadukPada umumnya proses pengadukan dan pencampuran dilakukan dengan menempatkan pengaduk pada pusat diameter tangki(Center). Posisi ini memiliki polaaliran yang khas. Pada tangki tidak bersekat dengan pengaduk yang berputar ditengah, energi sentrifugal yang bekerja pada fluida meningkatkan ketinggian fluidapada dinding dan memperendah ketinggian fluida pada pusat putaran. Pola ini biasa disebut dengan pusaran(vortex)dengan pusat pada sumbu pengaduk. Pusaran ini akan menjadi semakin besar seiring dengan peningkatan kecepatan putaran yang juga meningkatkan turbulensi dari fluida yang diaduk. Pada sebuah proses dispersi gas-cair, terbentuknya pusaran tidak diinginkan. Hal ini disebabkan pusaran tersebut bisamenghasilkan dispersi udara yang menghambat dispersi gas ke cairan dan sebaliknya.

Gambar 1.3.Posisi Center dari Sebuah Pengaduk yang Menghasilkan Vortex (Tatterson,1991)Salah satu upaya untuk menghilangkan pusaran ini adalah dengan merubah posisi sumbu pengaduk. Posisi tersebut berupa posisi sumbu pengaduk tetap tegak lurus namun berjarak dekat dengan dinding tangki (off center) dan posisi sumbu berada pada arah diagonal (incline). Perubahan posisi ini menjadi salah satu variasi dalam penelitian yang dilakukan.

c. Sekat dalam TangkiSekat(Baffle)adalah lembaran vertikal datar yang ditempelkan pada dindingtangki. Tujuan utama menggunakan sekat dalam tangki adalah memecah terjadinya pusaran saat terjadinya pengadukan dan pencampuran. Oleh karena itu, posisi sumbupengaduk pada tangki bersekat berada di tengah. Namun, pada umumnya pemakaiansekat akan menambah beban pengadukan yang berakibat pada bertambahnya kebutuhan daya pengadukan. Sekat pada tangki juga membentuk distribusi konsentrasi yang lebih baik di dalam tangki, karena pola aliran yang terjadi terpecah menjadi empat bagian. Penggunaan ukuran sekat yang lebih besar mampumenghasilkan pencampuran yang lebih baik.

Gambar 1.4.Pemasangan Baffle diharapkan mampu meningkatkan kualitas pencampuran (Tatterson,1991)Pada saat menggunakan empat sekat vertikal seperti pada gambar 4 biasa menghasilkan pola putaran yang sama dalam tangki. Lebar sekat yang digunakan sebaiknya berukuran 1/12 diameter tangki.

d. Pengaduk

Pengaduk berfungsi untuk menggerakkan bahan didalam bejana pengaduk yang digunakan. Alat pengaduk ini biasanya terdiri atas sumbu pengaduk dan sirip pengaduk yang dirangkai menjadi satu kesatuan. Alat pengaduk dibuat dan didesain sesuai dengan keperluan pengadukan. Jenis pengaduk harus disesuaikan dengan faktor berikut ini, yaitu :

a. Jenis dan ukuran pengaduk

b. Jenis bejana pengaduk

c. Jenis dan jumlah bahan yang dicampur

Pemilihan alat pengaduk dari sejumlah besar alat pengaduk yang ada hanya dapat dilakukan melalui percobaan dan pengalaman. Untuk masalah pencampuran yang tertentu dari bahan campur dan bejana pengaduk tertentu, pengaduk yang optimal biasanya hanya dapat dipilih melalui pengalaman saja

Pemilihan pengaduk yang tepat menjadi salah satu faktor penting dalam menghasilkan proses dan pencampuran yang efektif. Pengaduk jenis baling-baling (propeller) dengan aliran aksial dan pengaduk jenis turbin dengan aliran radial menjadi pilihan yang lazim dalam pengadukan dan pencampuran (Kurniawan, 2011).

1.2.5 Jenis-jenis Pengaduk

Secara umum, terdapat tiga jenis pengaduk yang biasa digunakan secaraumum, yaitu pengaduk baling baling(propeller), pengaduk turbin(turbine), pengaduk dayung(paddle)dan pengadukhelical ribbon.

1) Pengaduk jenis baling-baling(propeller)Ada beberapa jenis pengaduk yang biasa digunakan. Salah satunya adalah baling-baling berdaun tiga.

Gambar 1.5.Pengaduk jenis Baling-baling (a), Daun Dipertajam (b), Baling-baling kapal (c) (Tatterson,1991)Pengaduk ini terdiri atas sebuah propeler yang mirip dengan baling-baling pendorong kapal dengan dua atau tiga daun yang dipasang miring. Biasanya alat pengaduk propeler dibuat dalam dua bagian dan berputar dengan cepat. Pengaduk propeler digunakan untuk mengaduk bahan dengan viskositas rendah (pada viskositas yang tinggi, biasanya bahan tidak dapat digerakkan oleh propeler) pada kecepatan berkisar antara 400 hingga 1750 rpm (revolutions per minute).2) Pengaduk Turbin

Pengaduk turbin adalah pengaduk dayung yang memiliki banyak daun pengaduk dan berukuran lebih pendek, digunakan pada kecepatan tinggi untuk cairan dengan rentang kekentalan yang sangat luas. Diameter dari sebuah turbin biasanya antara 30 - 50% dari diamter tangki. Turbin biasanya memiliki empat atau enam daun pengaduk. Turbin dengan daun yang datar memberikan aliran yang radial. Jenis ini juga berguna untuk dispersi gas yang baik, gas akan dialirkan dari bagian bawah pengadukdan akan menuju ke bagian daun pengaduk lalu tepotong-potong menjadi gelembung gas.

Gambar 1.6.Pengaduk Turbin pada bagian variasi (Tatterson,1991)Pada turbin dengan daun yang dibuat miring sebesar45o, seperti yang terlihat pada Gambar 7, beberapa aliran aksial akan terbentuk sehingga sebuah kombinasi dari aliran aksial dan radial akan terbentuk. Jenis ini berguna dalam suspensi padatan kerena aliran langsung ke bawah dan akan menyapu padatan ke atas. Terkadang sebuah turbin dengan hanya empat daun miring digunakan dalam suspensi padat. Pengaduk dengan aliran aksial menghasilkan pergerakan fluida yang lebih besar dan pencampuran per satuan daya dan sangat berguna dalam suspensi padatan.

Gambar 1.7.Pengaduk Turbin Baling-baling (Tatterson,1991)3) Pengaduk Dayung(Paddle)/Alat Pengaduk JangkarBerbagai jenis pengaduk dayung biasanya digunakan pada kesepatan rendah diantaranya 20 hingga 200 rpm. Dayung datar berdaun dua atau empat biasa digunakan dalam sebuah proses pengadukan. Panjang total dari pengadukan dayung biasanya 60 - 80% dari diameter tangki dan lebar dari daunnya 1/6 - 1/10 dari panjangnya.

Gambar 1.8.Pengaduk Jenis Dayung (Paddle) berdaun dua (Tatterson,1991)Pengaduk dayung menjadi tidak efektif untuk suspensi padatan, karena aliran radial bisa terbentuk namun aliran aksial dan vertikal menjadi kecil. Sebuah dayung jangkar atau pagar, yang terlihat pada Gambar 8 biasa digunakan dalam pengadukan. Jenis ini menyapu dan mengeruk dinding tangki dan kadang-kadang bagian bawah tangki. Jenis ini digunakan pada cairan kental dimana endapan pada dinding dapat terbentuk dan juga digunakan untuk meningkatkan transfer panas dari dan ke dinding tangki. Bagaimanapun jenis ini adalah pencampuran yang buruk. Pengaduk dayung sering digunakan untuk proses pembuatan pasn kanji, cat, bahan perekat dan kosmetik.4) Pengaduk Helical-RibbonJenis pengaduk ini digunakan pada larutan pada kekentalan yang tinggi dan beroperasi pada rpm yang rendah pada bagian laminer. Ribbon (bentuk seperti pita) dibentuk dalam sebuah bagian helical (bentuknya seperti baling-balling helicopter dan ditempelkan ke pusat sumbu pengaduk). Cairan bergerak dalam sebuah bagian aliran berliku-liku pada bagiam bawah dan naik ke bagian atas pengaduk.

Gambar 1.9.Pengaduk Jenis (a), (b) & (c) Hellical-Ribbon, (d) Semi-Spiral (Tatterson,1991)e. Kecepatan PengadukSalah satu variasi dasar dalam proses pengadukan dan pencampuran adalah kecepatan putaran pengaduk yang digunakan. Variasi kecepatan putaran pengaduk bisa memberikan gambaran mengenai pola aliran yang dihasilkan dan daya listrik yang dibutuhkan dalam proses pengadukan dan pencampuran. Secara umum klasifikasi kecepatan putaran pengaduk dibagi tiga, yaitu : kecepatan putaran rendah, sedang dan tinggi.

1) Kecepatan Putaran Rendah

Kecepatan rendan yang digunakan berkisar pada kecepatan 400 rpm. Pengadukan dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk minyak kental, lumpur dimana terdapat serat atau pada cairan yang dapat menimbulkan busa.Jenis pengaduk ini meghasilkan pergerakanbatchyang empurna dengan sebuah permukaan fluida yang datar untuk menjaga temperatur atau mencampur larutan dengan viskositas dan gravitasi spesifik yang sama.2) Kecepatan Putaran Sedang

Kecepatan sedang yang digunakan berkisar pada kecepatan 1150 rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk larutan sirup kental dan minyak pernis. Jenis ini paling sering digunakan untuk meriakkan permukaan pada viskositas yang rendah, mengurangi waktu pencampuan, mencampuran larutan dengan viskositas yang berbeda dan bertujuan untuk memanaskan atau mendinginkan.3) Kecepatan Putaran Tinggi

Kecepatan tinggi yang digunakan berkisar pada kecepatan 1750 rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk fluida dengan viskositas rendah misalnya air. Tingkat pengadukan ini menghasilkan permukaan yang cekung pada viskositas yang rendah dan dibutuhkan ketika waktu pencampuran sangat lama atau perbedaan viskositas sangat besar.f. Jumlah PengadukPenambahan jumlah pengaduk yang digunakan pada dasarnya untuk tetap menjaga efektifitas pengadukan pada kondisi yang berubah. Ketinggian fluida yang lebih besar dari diameter tangki, disertai dengan viskositas fluida yang lebih besar dann diameter pengaduk yang lebih kecil dari dimensi yang biasa digunakan, merupakan kondisi dimana pengaduk yang digunakan lebih dari satu buah, dengan jarak antar pengaduk sama dengan jarak pengaduk paling bawah ke dasar tangki. Penjelasan mengenai kondisi pengadukan dimana lebih dari satu pengaduk yang digunakan dapat dilihat dalam Tabel 1.Tabel 1.Kondisi untuk Pemilihan PengadukSatu PengadukDua Pengaduk

Fluida dengan viskositas rendahFluida dengan vikosits sedang dan tinggi

Pengaduk menyapu dasar tangkiPengaduk pada tangki yang dalam

Kecepatan balik aliran yang tinggiGaya gesek aliran besar

Ketinggian permukaan cairan yang bervariasiUkuran mounting nozzle yang minimal

(Sumber : Kurniawan, 2011)g. Pemilihan PengadukViskositas dari cairan adalah salah satu dari beberapa faktor yang mempengaruhi pemilihan jenis pengaduk. Indikasi dari rentang viskositas pada setiap jenis pengaduk adalah : (Walas,1988)1) Pengaduk jenis baling-baling digunakan untuk viskositas fluida di bawah Pa.s (3000 cP).

2) Pengaduk jenis turbin bisa digunakan untuk viskositas di bawah 100 Pa.s (100.000 cp).

3) Pengaduk jenis dayung yang dimodifikasi seperti pengaduk jangkar bisa digunakan untuk viskositas antara 50 - 500 Pa.s (500.000 cP).

4) Pengaduk jenis pita melingkar biasa digunakan untuk viskositas di atas 1000 Pa.s dan telah digunakan hingga viskositas 25.000 Pa.s. Untuk viskositas lebih dari 2,5 - 5 Pa.s (5000 cP) dan diatasnya, sekat tidak diperlukan karena hanya terjadi pusaran kecil.

1.2.4. Pola Arus Dalam Bejana Aduk

Meningkatkan kecepatan pengaduk akan menghasilkan pola aliran yang sangat turbulen. Akibatnya terjadi arus putar (vortex) yang dapat mencapai sumbu pengaduk. Beberapa cara untuk mencegah terjadinya vortex dalam proses pengadukan antara lain: (Walas,1988)1. Tidak memasang pengaduk di tengah tangki (off center). Poros pengaduk digeser dari pusat tangki kemudian dimiringkan secara tegak lurus terhadap pergeseran itu. Digunakan untuk tangki berukuran kecil.

2. Untuk tangki yang berukuran besar. Pengaduk dipasang pada sisi tangki dengan poros pada bidang horizontal.

3. Memasang beberapa sekat secara vertikal terhadap dinding tangki.

(a) (b) (c) (d)

Gambar 1.10. Pola alir pengadukan. (a) Axial atau radial pada tangki tidak bersekat. (b) Posisi off-center untuk menghindari terjadinya vortex. (c) Axial pada tangki bersekat. (d) Radial pada tangki bersekat.(Walas,1988).1.2.5. Parameter Hidrodinamika dalam Tangki BerpengadukHidrodinamika fluida yang terjadi dalam tangki berpengaduk dapat diturunkan dalam suatu korelasi empiris antara bilangan Reynolds, Power, dan Fraude (Mc. Cabe et al, 1985). 1. Bilangan Reynold

Bilangan Reynolds merupakan bilangan tidak berdimensi yang menyatakan perbandingan antara gaya inersia dan gaya viskos. Persamaan untuk menghitung bilangan Reynolds seperti ditunjukkan pada persamaan (1) sebagai berikut :

(1)Dimana:

NRe= bilangan Reynolds

= densitas fluida (kg/m3)

N= kecepatan pengaduk (rad/s)

Da= diameter pengaduk (m)

= viskositas fluida (kg/m.s)

Bilangan Reynolds mengklasifikasikan karakteristik sirkulasi dalam proses pengadukan didalam tangki menjadi 3 (Brodkey and Hershey,1998), yaitu:

1. Laminar

Rezim laminar dalam pengadukan mempunyai bilangan Reynolds yang nilainya kurang dari 10.

2. Transisi

Rezim transisi memiliki bilangan Reynolds mulai dari 10 hingga 10.000 bergantung pada pengaduk yang digunakan.

3. Turbulen

Rezim turbulen pada tangki memiliki bilangan Reynoldslebih dari 10.000. Pada sistem tanpa sekat daerah turbulen ditandai dengan terjadinya vortex di sekitar pengaduk. 2. Bilangan Power

Bilangan tak berdimensi lainnya adalah bilangan daya. Persamaan yang digunakan untuk menghitung bilangan daya seperti yang ditampilkan oleh persamaan (2) sebagai berikut (Brodkey and Hershey,1998) :

..................................................................................(2)Dimana:

NPo= bilangan daya

= densitas fluida (kg/m3)

N= kecepatan pengaduk (rad/s)

Da= diameter pengaduk (m)

P= daya (watt)

Pada sistem bersekat, bilangan daya sangat bergantung pada bilangan Reynolds. Namun pada saat bilangan Reynolds mencapai nilai besar dari 104 (aliran turbulen). Bilangan daya akan konstan dan tidak lagi bergantung pada bilangan Reynolds.

Bilangan Reynolds dan bilangan daya diperlukan untuk membuat kurva karakteristik pengadukan. Skala yang dipakai pada kurva ini adalah skala logaritmik. Kurva karakteristik pengadukan merupakan suatu kurva yang menyatakan hubungan antara bilangan daya dan bilangan Reynolds. Bilangan daya berada pada sumbu y dan bilangan Reynolds berada pada sumbu x.

3. Bilangan Fraude

Bilangan tak berdimensi ini menunjukkan perbandingan antara gaya inersia dengan gaya gravitasi. Bilangan Fraude dapat dihitung dengan persamaan berikut (Brodkey and Hershey,1998) :

....................................................... (4)dimana :

Fr= Bilangan Fraude

N= Kecepatan Putaran Pengaduk

D= Diameter Pengaduk

g= Percepatan GravitasiBilangan Fraude bukan merupakan variabel yang signifikan. Bilangan ini hanya diperhitungkan pada sistem pengadukan dalam tangki tidak bersekat. Pada sistem ini permukaan cairan dalam tangki akan dipengaruhi gravitasi, sehingga membentuk pusaran (vortex). Vorteks menunjukkan keseimbangan antara gaya gravitasi dengan gaya inersia.1.2.6. Kurva Karakteristik

Kurva karakteristik merupakan suatu kurva yang menyatakan hubungan antara bilangan Reynold terhadap bilangan daya. Dengan menggunakan kurva karakteristik, kita dapat menentukan besarnya daya yang diperlukan pada bilangan Reynold tertentu. Hal ini sangat membantu, karena sulit untuk menentukan jumlah daya yang diperlukan impeller pada pengadukan skala industri.

Kurva karakteristik pengadukan dibentuk dengan menggunakan skala logaritmik dari komponen absis maupun ordinatnya. Kurva tersebut memiliki kemiringan (gradien) yang negatif. Artinya, menunjukkan adanya hubungan yang berbanding terbalik antara komponen absis dan komponen ordinatnya, yakni bilangan Reynold dan bilangan Daya. Contoh bentuk kurva karakteristik untuk tangki bersekat berpengaduk jenis six-blade turbin dapat dilihat pada Gambar 1.11 (Brodkey and Hershey,1998).

Gambar 1.11. Kurva karakteristik untuk pengaduk tipe six-blade turbine pada tangki bersekat (Brodkey and Hershey,1998).

Dari Gambar 1.11. tampak digunakan pengaduk jenis turbin dengan perbandingan W (lebar) dengan D (diameter) yang berbeda, yaitu 1/5 dan 1/8. Selain itu, bentuk blade pada masing-masing turbin juga berbeda. Hal itu mempengaruhi bilangan daya yang diperlukan untuk pengadukan.

1.2.7. Densitas dan Viskositas Fluida

Untuk menentukan bilangan Reynolds dan bilangan daya diperlukan data densitas dan viskositas dari fluida yang diaduk. Densitas merupakan sifat fisis dari fluida yang menyatakan banyaknya massa per satuan volume dan viskositas adalah sifat fisis yang menyatakan ketahanan fluida terhadap gerakan alirannya.

Pengukuran densitas dilakukan dengan menggunakan piknometer. Prinsip kerja piknometer dalam menentukan densitas suatu fluida adalah dengan menghitung massa fluida per volume piknometer. Untuk menentukan densitas fluida dapat dilihat pada persamaan (4) sebagai berikut :

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

(5)

Dimana :m1 = massa piknometer berisi fluida (gr)

m0 = massa piknometer kosong (gr)

V = volume (cm3)

= densitas fluida (gr/cm3)

Pengukuran viskositas dilakukan dengan menggunakan viskometer. Jenis viskometer yang dapat digunakan antara lain (Bird, 1993):

1. Viskometer kapilerPrinsip kerja viskometer kapiler adalah menghitung waktu yang diperlukan oleh fluida yang mengalir melalui pipa kapiler untuk menempuh ketinggian tertentu.

2. Viskometer bola jatuh

Pada viskometer jenis ini, suatu benda berbentuk bola dijatuhkan di dalam tabung yang berisi fluida yang akan diukur viskositasnya. Prinsip kerjanya ialah menghitung waktu yang diperlukan oleh bola untuk mengalir menempuh jarak tertentu di dalam tabung yang berisi fluida. Viskositas fluida () dapat ditentukan melalui persamaan (5) berikut :

(6)

Dimana :

r = jari-jari kelereng (m)

v = kecepatan jatuh kelereng (m/s)

= viskositas fluida (kg/m.s)

g = kecepatan gravitasi (m/s2)

DAFTAR PUSTAKA

Bird, Tony.1993. Kimia Fisik Untuk Universitas. Jakarta: PT GramediaBrodkey, R.S. and H.C. Hersey. 1998. Transport Phenomena-A Unifield Approach, McGraw-Hill Book Co. Inc. Singapore.

Geankoplis, C.J. 1993. Transport Process and Unit Operation, 3rd edition, Prentice Hall Inc., Englewood Cliffs, New JerseyKurniawan, Rahmat. 2011. Pengadukan dan Pencampuran. http://tekimku.blogspot.com/2011_08_21_archive.html. Diakses 27 September 2013.Mc Cabe, W.L., J.C Smith and P. Harriot. 1985. Unit Operation of Chemical Engineering, 5th edition. McGraw-Hill Book Co. Inc. New York.

Tatterson, Gary B. 1991. Fluid mixing and gas dispersion in agitated tanks. McGraw-Hill. Michigan.

Winanti H, dkk. 2012. Teknik Pencampuran Bahan Padat-Cair Berbasis Pengadukan Dalam Sediaan Farmasi. http://tsffarmasiunsoed2012.wordpress.com/2012/05/23/teknikpencampuran-bahan-padat-cair-berbasis-pengadukan/. Diakses 27 September 2013.Wallas, Stanley. 1988. Chemical Process Equipment, Selection and Desain., Butterworth-Heinneman. USA. EMBED Equation.3

_1442269440.unknown