BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pengertian...

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengertian Pencampuran

Pencampuran merupakan proses mencampurkan satu atau lebih bahan

dengan menambahkan satu bahan ke bahan lainnya sehingga membuat suatu

bentuk yang seragam dari beberapa konstituen baik cair-padat, padat-padat,

maupun cair-gas. Komponen yang jumlahnya lebih banyak lebih banyak disebut

fase kontinyu dan yang lebih sedikit disebut fase disperse. (Fellows, 1988).

Menurut Kusdarini (1997), tujuan pencampuran dengan menggunakan alat

pencampur adonan (mixer) adalah untuk memperoleh adonan yang elastis dan

menghasilkan pengembangan gluten yang diinginkan. Alat pencampur ini terdiri

dari tempat untuk menampung bahan dan as stainless steel. As stainless steel yang

bercabang tegak lurus berfungsi untuk mencampurkan bahan baku yang berputar

akibat adanya puli penggerak. Batang-batang pengaduk tersebut akan memecah

dan mengaduk bahan dengan meningkatkan pengacakan dan distribusi bahan,

sehingga terjadi pencampuran. Campuran tersebut akan membentuk adonan yang

kompak dan uniform.

Prinsip pencampuran bahan banyak diturunkan dari prinsip mekanika

fluida dan perpindahan bahan, karena pencampuran bahan akan ada bila terjadi

gerakan atau perpindahan bahan yang akan dicampur baik secara horizontal

ataupun vertikal. Ada dua jenis pencampuran, yaitu (1) pencampuran sebagai

proses terminal sehingga hasilnya merupakan suatu bahan jadi yang siap pakai,

dan (2) pencampuran merupakan proses pelengkap atau proses yang mempercepat

proses lainnya seperti pemanasan, pendinginan atau reaksi kimia.

Pada proses pencampuran diharapkan tercapai suatu derajat keseragaman

tertentu. Derajat keseragaman ini berbeda-beda tergantung pada tujuan

pencampuran yaitu keseragaman dalam konsentrasi satu macam bahan atau lebih,

keseragaman suhu, atau keseragaman fisik tepung. Pencampuran ini dapat terjadi

antara bahan solid-solid, solid-liquid, solid-gas, liquid-liquid, liquid-gas, dan gas-

gas (Handoko, 1992).

Universitas Sumatera Utara

Peralatan pencampur dapat dibagi atau diklasifikasikan atas beberapa

kategori, yaitu:

1. Berdasarkan jenis bahan yang dicampur yaitu alat pencampur liquid, alat

pencampur padat, dan alat pencampur pasta

2. Berdasarkan jenis agitator, yaitu double cone mixer, ribbon blender,

planetary mixers, danpropeller mixers.

2.1.1. Alat Pencampur Bahan Cair/liquid

Bahan cair diaduk untuk mencapai beberapa maksud, diantaranya (Mc

Cabe et al,1985) :

1. Mensuspensikan patikel padatan.

2. Menggabungkan bahan cair yang dapat saling bercampur.

3. Mendispersikan gas dalam bentuk gelembung halus

4. Mendispersikan bahan cair lain yang tidak dapat bercampur

5. Meningkatkan pindah panas antara bahan cair dan sumber panas.

Pengadukan bahan cair umumnya dilakukan dalam suatu bejana, biasanya

berbentuk silinder, yang memiliki sumbu vertikal. Bagian atas dari bejana bisa

terbuka terhadap udara atau dapat juga tertutup. Dasar bejana pada umumnya

dicekungkan, artinya tidak rata, agar tidak dihindari adanya sudut atau bagian

yang tidak bisa dipenetrasi oleh aliran fluida. Sebuah pengaduk (impeller) terakit

pada sumbu yang menggantung ke atas. Sumbu ini digerakkan oleh motor listrik

yang kadang-kadang langsung dihubungkan ke sumbu tetapi lebih sering melalui

kotak gear pengurang kecepatan. Perlengkapan tambahan seperti jalur masuk atau

keluar bahan, coil pemanas, jaket atau termometer rendam atau alat pengukur

suhu lainnya merupakan komponen tetap alat pencampur bahan cair ini.

Tiga tipe utama impeller adalah propeller (baling-baling), paddles (pedal),

dan turbin. Setiap tipe memiliki banyak variasi dan subtipe. Sekalipun masih

terdapat tipe impeller lain yang juga berguna untuk situasi tertentu, akan tetapi

ketiga tipe tersebut mungkin dapat mengatasi 95% masalah pencampuran bahan

cair yang ada. Untuk pencampuran liquid, propeller mixer adalah jenis yang

paling umum dan paling memuaskan.Alat ini terdiri dari tangki silinder yang

dilengkapi dengan propeller/ blades beserta motor pemutar. Bentuk propeller,


impeller, blades didisain sedemikian rupa untuk efektifitas pencampuran dan

disesuaikan dengan viskositas fluid. Pada jenis alat pencampur ini diusahakan

untuk dihindari tipe aliran monoton yang berputar melingkari dinding tangki ,

penambahan sekat-sekat (baffles) pada dinding tangki juga dapat menciptakan

pengaruh pengadukan, namun menimbulkan masalah karena sulit

membersihkannya.

2.1.2. Alat Pencampur Bahan Padat

Pada umumnya, untuk mencampur bahan-bahan berpartikel padat

digunakan mesin pencampur yang lebih ringan daripada bahan viscous.Dalam hal

ini digunakan ribbon blender dan double cone mixers. Ribbon blender terdiri dari

silinder horizontal yang di dalamnya dilengkapi dengan ”screw” berputar dan

pengaduk pita berbentuk heliks. Dua pita yang bergerak berlawanan dirakit pada

sumbu yang sama. Yang satu menggerakkan padatan perlahan kesatu arah,

sedangkan yang lain menggerakkannya dengan cepat ke arah lain. Pita-pita bisa

kontinyu maupun terputus-putus. Pencampuran dihasilkan oleh turbulensi yang

diinduksi oleh pengaduk yang beraksi berlawanan, jadi tidak oleh gerakan lamban

padatan sepanjang rongga aduk. Beberapa ribbon blender beroperasi secara batch

yaitu dengan membuat padatan sekaligus dan mengaduknya sampai tercampur

rata. Ribbon blender tipe lain bekerja secara kontinu yaitu bahan padatan

diumpankan pada salah satu ujung rongga aduk dan dikeluarkan pada ujung

lainnya. Ribbon blender adalah pencampur yang efektif untuk tepung-tepungan

yang tidak mengalir dengan sendirinya. Beberapa unit batch memiliki kapasitas

yang sangat besar sehingga mampu memuat sampai 9000 galon bahan padat.

Kebutuhan daya umumnya berukuran sedang.

Planetery mixer merupakan alat pencampur bahan padat yang bekerja

berdasarkan perputaran planet dimana beater berputar mengitari bowl sedangkan

bowl tidak berputar sehingga menghasilkan adonan yang lembut dan merata.

Aplikasi alat ini adalah pada industri bakery (roti dan kue).


Double cone blender adalah alat pencampur yang terdiri dari 2 kerucut

yang berputar pada porosnya, jika kerucut berputar maka tepung granula berada di

dalam granula yang berada di dalam volume kerucut akan teragitasi dan

tercampur. Pencampuran tipe ini memerlukan energi dan tenaga yang lebih besar.

Oleh karena itu diperhatikan jangna sampai energi yang dikonsumsi diubah

menjadi panas yang dapat menyebabkan terjadinya kenaikan temperatur dari

produk. Jenis alat pencampur adonan kadang-kadang harus dilengkapi dengan alat

pendingin.

Yang umum ditemui yaitu kneader yang berbentuk sigmoid yang berputar

didalam suatu ”can” atau ”vessel” dengan berbagai kecepatan. Prinsip dari alat ini

adalah disamping mencampur juga mengadon yaitu membagi, mematahkan dan

selalu membuat luas permukaan yang baru sesering mungkin terhadap adonan.

2.1.3. Alat Pencampur Bahan pasta/viscous

Dibandingkan dengan pencampuran pada bahan cair, proses pencampuran

pada bahan viscous memerlukan tenaga yang lebih banyak.Hal ini disebabkan

oleh kenyataan bahwa pada bahan viscous dan juga bahan padat tidak mungkin

terbentuk aliran yang dapat memindahkan bagian yang belum tercampur ke

daerah pencampuran di sekitar impeller seperti pada pengadukan bahan cair.

Pada pencampuran bahan viscous seluruh bahan yang akan dicampur harus

dibawa ke pengaduk atau pengaduknya sendiri yang mendatangi seluruh bagian

campuran. Aksi pada mesin-mesin pencampuran merupakan kombinasi shear

berkecepatan rendah, penyapuan (wiping), pelipatan (folding), pelemasan

(stretching, dan penekanan (compressing). Energi mekanik diaplikasikan oleh

komponen-komponen yang bergerak langsung pada massa bahan.

Diantara mesin pencampur pasta yang relatif dikenal adalah change-can

mixer dan kneaders. Change-can mixer merupakan alat yang memiliki wadah

kecil dan dapat dipindah-pindahkan sebagai tempat bahan yang akan dicampur.

Wadah ini berukuran sekitar 5-10 galon.Pada pony mixer, pengaduk terdiri dari

beberapa bilah vertical atau jari yang terpasang pada head yang berputar dan

diletakkan di dekat dinding wadah.Pada beater mixer, wadah atau bejana bersifat


stationer.Pengaduknya memiliki gerakan melingkar sehingga ketika berputar

secara berulang mendatangi seluruh bagian dari bejana.

Mixer merupakan salah satu alat pencampur dalam sistem emulsi sehingga

menghasilkan suatu dispersi yang seragam atau homogen. Terdapat dua jenis

mixer yang berdasarkan jumlah propeler-nya (turbin), yaitu mixer dengan satu

propeller dan mixer dengan dua propiller. Mixer dengan satu propeller adalah

mixer yang biasanya digunakan untuk cairan dengan viskositas rendah. Sedangkan

mixer dengan dua propiller umumnya diigunakan pada cairan dengan viskositas

tinggi. Hal ini karena satu propeller tidak mampu mensirkulasikan keseluruhan

massa dari bahan pencampur (emulsi), selain itu ketinggi emulsi bervariasi dari

waktu ke waktu (Suryani, dkk., 2002).

Gerakan pencampuran pada mixer bahan baik secara horizontal maupun

secara vertikal tersebut dapat bervariasi bergantung dari jenis pengaduk/ propeller

yang digunakan, sehingga hasil yang didapat akan bervariasi pula. Peralatan

Pencampur dengan menggunakan satu pengaduk/ propeller biasanya digunakan

untuk mengaduk bahan dengan viskositas rendah, sedangkan peralatan pengaduk

dengan lebih dari satu propeller digunakan untuk mengaduk bahan dengan

viskositas tinggi.

Hal ini sesuai dengan pendapat Handoko (1992), yang menyatakan bahwa

satu prinsip penerapan untuk mencampur bahan dengan viskositas yang tinggi dan

berbentuk pasta adalah kinerja yang tergantung pada kontak langsung antara

material pencampur dengan bahan yang akan dicampur. Untuk bahan dengan

viskositas tinggi dan berbentuk pasta ini banyak menggunakan model pencampur

seperti:pencampur tipe pancim, pencampur dengan pisau berbentuk z.

Aliran yang terjadi di dalam bahan diperkirakan berupa seperti pada

gambar berikut sehingga pencampuran akan terjadi dengan cepat dan teratur.


pandangan depan pandangan lintang

→ → → →

← ← ← ←

← ← ← ←

→ → → →

Gambar 2.1 Aliran yang terjadi dalam bahan

Kebutuhan tenaga yang diperlukan untuk mencampur suatu jumlah

tertentu bahan (cairan) tergantung pada viskositas cairan tersebut. Selain itu

kecepatan mixer juga berbeda-beda sesuai dengan kebutuhan bahan-bahan

tersebut. Mixer dengan kecepatan rendah biasanya digunakan untuk cairan dengan

viskositas tinggi dimana campurannya pekat, licin dan sebagainya. Kecepatan

tinggi biasanya berkisar antara 1400-1800 rpm, kecepatan sedang biasanya adalah

1500 rpm dan kecepatan rendah berkisar antara 100-500 rpm.

Derajat keseragaman pencampuran, dalam diukur dari sample yang

diambil selama pencampuran, dalam hal ini jika komponen yang dicampur telah

terdistribusi mealui komponen lain secara random (acak), maka dikatakan

pencampuran telah berlangsung dengan baik.

Statistik untuk mengukur derajat pencampuran dapat dilihat sebagai

berikut : (Wiranatakusumah, 1992).

1. Campuran Berbentuk Pasta

Jika suatu campuran berbentuk pasta, misalkan tepung dan air

dicampurkan maka akan ada suatu nilai rata-rata air adonan pada setiap waktu

tertentu pencampuran yang disebut u. Jika selama pencampuran berlangsung

diambil sejumlah contoh dan dianalisa kadar airnya, maka kandungan air adonan

tersebut memberikan nilai Xi, misalkan jumlah spot sampel yang terambil adalah

N dan nilai X rata-rata yang terukur adalah x, maka jika N sangat besar, x akan

sama dengan u. Jika N kecil, x mungkin akan berbeda dengan u. Dengan kata lain


jika pencampuran berlangsung sangat sempurna (ideal) setiap nilai Xi yang

terukur haruslah sama dengan x dan jika pencampuran kurang sempurna akan

diperoleh Xi ≠ x.

2. Campuran Berbentuk Granula

Pendekatan yang dilakukan dalam hal ini sama dengan pendekatan pada

campuran berbentuk pasta. Sejumlah contoh diambil secara acak dari nilai rata-

rata hasil analisa. Perbedaannya adalah jika campuran berbentuk pasta indeks

pencampuran didasarkan pada kondisi sebelum pencampuran, maka disini

didasarkan pada kondisi setelah pencampuran tercampur sempurna. Jika tepung

susu dan gula dicampur dalam hal ini fraksi tepung susu disebut P dan fraksi gula

disebut Q, pada kondisi tercampur sempurna maka :

p + q = 1

3. Campuran liquid

Campuran jenis ini dapat dilakukan dan di analisa seperti halnya dengan

campuran-campuran sebelumnya, untuk liquid miscible yang dimaksud,

pencampuran akan sangat dipengaruhi oleh sifat-sifat liquid itu sendiri, seperti

viskositas, densitas, jenis alat pencampuran (type mixer) dan tenaga yang

dibutuhkan untuk menggerakkan propeller atau blades. Salah satu persamaan

umum pencampuran liquid adalah sebagai berikut :

Po = k (Re)n (Fr)m

Po : Power number = P/D5 F3 ρ

Re : Reynold number = D2 Fρ/μ

Fr : Froude number = D F2/g

D : diameter propeller, m

F : frekuensi rotasi propeller/blades, rpm

ρ : densitas likuid, kg/m3

μ : viskositas fluid, Pa.s

P : tenaga yang dikonsumsi oleh propeller, J/dt


2.2. Jenis – Jenis Peralatan Pencampur.

1. Planetary Mixer

Planetary Mixer merupakan alat pencampuran bahan viskous, seperti

pasta. Prinsip penerapan untuk mencampur bahan dengan viskositas yang tinggi

dan berbentuk pasta adalah kinerja yang tergantung pada kontak langsung antara

material pencampur dengan bahan yang akan dicampur. Dibandingkan dengan

pencampuran pada bahan cair, proses pencampuran bahan yang viskous

memerlukan tenaga yang lebih banyak. Hal ini disebabkan oleh kenyataan bahwa

pada bahan viskous tidak mungkin terbentuk arus aliran yang dapat memindahkan

bagian bahan yang belum tercampur ke daerah pencampuran di sekitar impeller

seperti pada pengadukan bahan cair. Sehingga proses pencampuran bahan pasta

itu menjadi relatif lebih rumit.

Planetary Mixer merupakan tipe mixer yang memiliki 3 fungsi

pengadukan disesuaikan dengan tools-nya yaitu flat bitter untuk menghaluskan

butter cream, wiper untuk adonan yang lunak serta berfungsi untuk menaikkan

volume telur, dough hook untuk adonan roti. Dengan demikian dalam satu mixer

bisa didapatkan 3 fungsi kerja yang bisa memberi jawaban akan investasi yang

lebih efektif dan efisien. Planetary Mixer, mesin mixer adonan roti dengan

berbagai kapasitas. Sistem kerja sesuai metode planet untuk menghasilkan

campuiran adonan yang merata.

Planetary mixer terdiri dari wadah atau bejana yang bersifat stasioner

sedangkan pengaduk yang digunakan mempunyai gerakan melingkar sehingga

ketika berputar, pengaduk secara berulang mendatangi seluruh bagian pada

bejana. Pada saat proses pencampuran berlangsung ruang pencampuran berada

dalam keadaan tertutup. Hal itu dimaksudkan agar bahan yang sedang bercampur

tidak sampai tumpah keluar karena perputaran dari pengaduk.


Gambar 2.2 Planetary Mixer

(http://www.snowtechpro.com/product1.htm).

2. Ribbon Blender

Ribbon Blender merupakan salah satu alat pencampur dalam sistem emulsi

sehingga menghasilkan suatu dispersi/adonan yang seragam atau homogen.

Sumber tenaga pada Ribbon Blenderberfungsi sebagai penggerak dalam proses

pengadukan. Tenaga dari motor penggerak untuk pengaduk ditransmisikan secara

langsung dengan menggunakan besi.

Pengaduk itu sendiri memiliki fungsi untuk mengalirkan bahan dalam alat

pengaduk yang bergerak dan wadah yang diam. Pengaduk juga berfungsi untuk

mengaduk selama proses penampungan dan untuk menghindari

pengendapan.Proses pencampuran adonan dengan Ribbon Blender bertujuan

untuk memperoleh adonan yang elastis dan menghasilkan pengembangan gluten

yang diinginkan.

Alat ini dapat dicoba dan digunakan pada batch yang konsisten serta

pencampurannya kontinue untuk bahan bubuk (tepung) dan granula. Gardner

Ribbon Mixers mudah dibersihkan sehingga mudah untuk digunakan kembali.

Spesifikasi :

- Desain higienis

impeller

Wadah yang ikut berputar


http://www.snowtechpro.com/product1.htm�

- Kapasitas antara 3.5 sampai 20.000 liter

- Dibuat berdasarkan permintaan konsumen

Gambar 2.3 Ribbon Blender

Keuntungan :

a. Waktu pencampurannya cepat dan pemeliharaan alat mudah.

b. Bahan dengan ukuran kecil dapat didispersikan secara homogen tanpa

membutuhkan perlakuan pencampuran terlebih dahulu.

3. Double Cone Blender

Alat ini merupakan alat pencampur sederhana, penggunaan energi dalam

pencampurannya kecil dan cocok digunakan untuk mencampur bahan yang halus

dan rapuh.

Spesifikasi alat :

- Kapasitasnya antara 2 samapai 100.000 liter.

- Desainnya higienis dengan segel diluar alat.

- Muatannya bekerja secara otomatis melalui pneumatic conveying

system.

- Dibuat berdasarkan permintaan konsumen.

bak

Motor listrik

impeller


Gambar 2.4 Double Cone Mixer

(http://www.snowtechpro.com/product1.htm)

Keuntungan :

- Mudah digunakan untuk bahan-bahan halus

- Higienis dan mudah dibersihkan

- Prinsip kerjanya seperti KEMUTEC’s dengan multi shear

deflector plate untuk perbaikan efesiensi sehingga granula

dan bubuk (tepung) bebas mengalir

- Kehilangan produk dapat diminimalkan

4. Vertical Double Rotary Mixer

Vertical double rotary mixer digunakan untuk mencampurkan bahan yang

padat-padat.Mixer ini digunakan untuk kontinyu adalah padat-padat dan padat-

cair pencampuran untuk medium untuk produksi besar secara terus menerus.

Mixer ganda memiliki poros pencampuran disesuaikan dengan dayung dalam

mixer vertikal tujuan pencampuran dapat diselesaikan di bawah gaya gravitasi

dengan dampak diasingkan. Produksi berbagai output mixer ini adalah 100 Kg. to

50000 Kgs.



Gambar 2.5 Vertical Double Rotary Mixer

5. AlexanderWerk

Gambar 2.6 Alexanderwerk

(http://www.snowtechpro.com/product1.htm).



2.3. Pengaduk

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.

2.3.1. Jenis-jenis Pengaduk

Secara umum, terdapat empat jenis pengaduk yang biasa digunakan, yaitu

pengaduk baling–baling (propeller), pengaduk turbin (turbine), pengaduk

dayung (paddle), dan pengaduk helical ribbon.

1. Pengaduk jenis baling-baling (Propeller)

Ada beberapa jenis pengaduk yang biasa digunakan, yaitu:

- Marine propeller

- Hydrofoil propeller

- High flow propeller

Gambar 2.7 Pengaduk jenis Baling-baling (a), Daun Dipertajam (b), Baling-

baling kapal (c)

Baling-baling ini digunakan pada kecepatan berkisar antara 400 hingga 1750

rpm (revolutions per minute) dan digunakan untuk cairan dengan viskositas

rendah.


2. Pengaduk Dayung (Paddle)

Berbagai jenis pengaduk dayung biasanya digunakan pada kecepatan

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. Beberapa jenis paddle yaitu:

- Paddle anchor

- Paddle flat beam – basic

- Paddle double – motion

- Paddle gate

- Paddle horseshoe

- Paddle glassed steel (used in glass-lined vessels)

- Paddle finger

- Paddle helix

- Multi paddle

Gambar 2.8 Pengaduk Jenis Dayung (Paddle) berdaun dua

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 6 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.

3. 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. Beberapa jenis turbin yaitu:

- Turbine disc flat blade

- Turbine hub mounted curved blade

- Turbine disc mounted curved blade

- Turbine pitched blade

- Turbine bar

- Turbine shrouded

Gambar 2.9 Pengaduk Turbin pada bagian variasi

Pada turbin dengan daun yang dibuat miring sebesar 45o, seperti yang

terlihat pada Gambar 3, 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 2.10 Pengaduk Turbin Baling-baling

4. Pengaduk Helical-Ribbon

Jenis 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

helikopter dan ditempelkan ke pusat sumbu pengaduk). Cairan bergerak dalam

sebuah bagian aliran berliku-liku pada bagiam bawah dan naik ke bagian atas

pengaduk.Beberapa jenis pengaduk helical-ribbon yaitu:

- Ribbon impeller

- Double Ribbon impeller

- Helical screw impeller

- Sigma impeller

- Z-blades

Gambar 2.11. Pengaduk Jenis (a), (b) & (c) Hellical-Ribbon, (d) Semi-

Spiral


2.4. Kecepatan Pengaduk

Salah 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.

2.4.1 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 pergerakan batch yang empurna dengan sebuah

permukaan fluida yang datar untuk menjaga temperatur atau mencampur larutan

dengan viskositas dan gravitasi spesifik yang sama.

2.4.2 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.

2.4.3 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.


2.5. Jumlah Pengaduk

Penambahan 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 2.1.

Tabel 2.1 Kondisi untuk Pemilihan Pengaduk

2.5.1 Pemilihan Pengaduk

Viskositas dari cairan adalah salah satu dari beberapa faktor yang mempengaruhi

pemilihan jenis pengaduk. Indikasi dari rentang viskositas pada setiap jenis

pengaduk adalah :

- Pengaduk jenis baling-baling digunakan untuk viskositas fluida di bawah

Pa.s (3000 cP)

- Pengaduk jenis turbin bisa digunakan untuk viskositas di bawah 100 Pa.s

(100.000 cp)

- Pengaduk jenis dayung yang dimodifikasi seperti pengaduk jangkar bisa

digunakan untuk viskositas antara 50 - 500 Pa.s (500.000 cP)

- 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.


Gambar 2.12 Pola aliran yang dihasilkan oleh jenis-jenis pengaduk yang

berbeda, (a) Impeller, (b) Propeller, (c) Paddle dan (d) Helical ribbon

Hal yang harus diperhatikan pada tipe pengaduk adalah dengan

mengevaluasi range kerja dari pengaduk tersebut berdasakan viskositas cairan.

Range kerja beberapa tipe pengaduk pada tingkat viskositas cairan yang berbeda

ditunjukkan pada tabel 2.

Tabel 2.2 Daerah Kerja Pengaduk Berdasarkan Viskositas Cairan

Dari tabel 2, pengaduk tipe propeller memiliki range kerja yang sama baik untuk

proses batch maupun proses kontinyu.

2.6. Elemen Pemanas

Electrical Heating Element (elemen pemanas listrik) banyak dipakai

dalam kehidupan sehari hari, baik didalam umah tangga ataupun peralatan dan

mesin industri. Bentuk dan type dari Electrical Heating Element ini bermacam -

macam disesuaikan dengan fungsi, tempat pemasangan dan media yang akan di

panaskan.


Panas yang dihasilkan oleh elemen pemanas listrik ini bersumber

dari kawat ataupun pita bertahanan listrik tinggi ( Resistance Wire) biasanya

bahan yang digunakan adalah niklin yang dialiri arus listrik pada kedua

ujungnya dan dilapisi oleh isolator listrik yang mampu meneruskan panas

dengan baik hingga aman jika digunakan.

Elemen pemanas merupakan piranti yang mengubah energi listrik menjadi

energi panas melalui proses Joule Heating. Prinsip kerja elemen panas adalah arus

listrik yang mengalir pada elemen menjumpai resistansinya, sehingga

menghasilkan panas pada elemen.

Persyaratan elemen pemanas antara lain :

- Harus tahan lama pada suhu yang dikehendaki.

- Sifat mekanisnya harus kuat pada suhu yang dikehendaki.

- Koefisien muai harus kecil, sehingga perubahan bentuknya pada suhu

yang dikehendaki tidak terlalu besar.

- Tahanan jenisnya harus tinggi.

- Koefisien suhunya harus kecil, sehingga arus kerjanya sedapat mungkin

konstan.

Gambar 2.13 Elemen Pemanas

Hal yang dipertimbangkan dalam pemilihan elemen pemanas:

- Maximum element surface temperature (MET)

- Maximum Power/Surface Loading

area radiasi permukaan elemen, diyatakan dalam (Watt/cm2)

MET, adalah suhu yang dicapai saat bahan elemen mulai mengalami

perubahan bentuk atau saat umur hidup bahan elemen menjadi singkat yang

mengakibatkan elemen menjadi putus atau hubung singkat. Semakin tinggi MET

maka akan semakin tinggi pula Maximum Power Loading.


3 klas/tipe elemen pemanas yang umum dipakai:

- Metallic

- Silicon carbide (SiC)

- Molybdenum disilicide (MoSi2)

Pada tipe metallic, bahan yang digunakan untuk elemen pemanas antara

lain :

- Nichrome/nickel-chromium (NiCr): wire and strip

- Kanthal / iron-chromium-aluminum (FeCrAl) : wires

- Cupronickel (CuNi): alloys for low temperature heating

Pada klas metallic, sebagian besar elemen pemanas menggunakan bahan

nichrome 80/20 (80% nikel, 20% kromium) dalam bentuk kawat, pita, atau

strip.80/20 nichrome merupakan bahan yang baik, karena memiliki ketahanan

yang relatif tinggi dan membentuk lapisan kromium oksida ketika dipanaskan

untuk pertama kalinya, sehingga bahan di bawah kawat tidak akan teroksidasi,

mencegah kawat terputus atau terbakar.

2.6.1. Jenis Utama Pada Elemen Pemanas Listrik

1. Elemen Pemanas Listrik bentuk Dasar

yaitu elemen pemanas dimana Resistance Wire hanya dilapisi oleh isolator

listrik, macam-macam elemen pemanas bentuk ini adalah : Ceramik Heater, Silica

Dan Quartz Heater, Bank Channel heater, Black Body Ceramik Heater.

Gambar 2.14 Coil Heater, Infra Red Heater Silica, Ceramiks dan Quartz Heater

2. Elemen Pemanas Listrik Bentuk Lanjut

Merupakan elemen pemanas dari bentuk dasar yang dilapisi oleh pipa atau

lembaran plat logam untuk maksud sebagai penyesuain terhadap penggunaan dari

elemen pemanas tersebut. Bahan logam yang biasa digunakan adalah : mild stell,


stainless stell, tembaga dan kuningan. Heater yang termasuk dalam jenis ini

adalah :

Gambar 2.15 Tubular Heater, Catridge Heater Band, Nozzle & Stripe Heater

2.6.2. Jenis-Jenis Dari Elemen Pemanas

1. Tubular Heater

Tubular Heater merupakan elemen pemanas listrik dimana gulungan

coil resistance wire dimasukan kedalam pipa dan di cor bersama - sama

bubuk isolator ( Mgo powder) yang berkemampuan meneruskan panas dan

isolator listrik yang baik, sehingga arus listrik tidak menembus dan mengalir

pada pipa pembungkusnya, proses pengecoran nya dilakukan dengan

menggunakan mesin isi (filling machine) yang dirancang sedemikian rupa,

Material pipa atau tubing yang digunakan sebagai pembungkus atau selongsong

tubular heater ini biasanya disesuikan dengan penggunaan heater tersebut,

apakah untuk memanaskan udara, Air, cairan kimia dan lain lain

Pada umumnya bahan yang sering digunakan adalah :

- Stainless Stell 304

- Stainless Stell 316

- Incoloy

- Tembaga`

- Titanium

Setelah proses pengecoran maka pipa yang telah berisi resistance

wire tersebut di press dengan menggunakan reduction machine sehingga

diameter pipa akan mengecil dan bubuk isolator akan menjadi solid. hal ini

dimaksudkan untuk menghindari adanya rongga udara didalam heater yang

menyebabkan ruang kosong sehingga wire resistance yang memuai akibat panas


akan bebas bergerak dan berpeluang menempel pada dinding pipa yang

akhirnya terjadi short body dan putusnya resistance wire. Diameter akhir tubular

heater hasil proses reduksi (press) yang ada di pasaran adalah : 8mm, 11,2 mm

12.5 mm 15.8 mm dan 18.9 mm dengan panjang tidak lebih dari 6 meter.

Isolator tahan panas yang digunakan sebagai pengikat & pembatas antara pipa &

kawat tahanan yaitu bubuk Mgo yang mempunyai titik cair 2900 C. Kawat

Tahanan atau Resitance Wire yang di gunakan adalah kawat tahanan yang

dimensinya disesuaikan dengan daya yang diminta, kawat ini tahan pada suhu

kerja maksimal 1300 C.

Gambar 2.16 Bagian-bagian Coil Pemanas

Dalam pemesanan Tubular Heater ini, spesifikasi daya listrik dan

voltasenya sebaiknya dikonsultasi- kan dahulu a- gar didapat hasil produk

yang efisien dan bermutu tinggi.

Elemen Pemanas Yang Menggunakan Tubular Heater

1. Finned Heater

Merupakan Tubular Heater yang ditambahkan finned (sirip) berpenampang bulat

atau persegi yang dipasang sepanjang hot zone Tubular untuk maksud

memperluas permukaan panas.

2. Cast-In Heater

merupakan heater bentuk lanjut dari tubular heater, dimana tubular heater di cor

bersama sama dengan bahan cor sesuai bentuk yang diingin kan. ada 2 macam

bahan cor yang umum di


Gambar 2.17 Tubular heater, finned heater, cast-in heater

3. Catridge Heater

Bahan pipa yang digunakan biasa nya Stainless Steel 304 dimana

dimensinya disesuaikan dengan kebutuhan. Coil kawat tahanan dengan kualitas

yang cukup baik digulung pada sebuah batang isolator (MGO Tube), yang

kemudian di cor kedalam pipa dengan menggunakan MGO Powder

khusus.Setelah proses pengecoran kemudian pipa - pipa yang telah berisi

resistance wire dan bubuk MGO tersebut di press dengan menggunakan swaging

machine sehingga diameter pipa akan mengecil dan bubuk isolator menjadi solid.

Diameter Catridge Heater yang kami produksi dengan mesin press (swaging

machine) adalah mulai dari diameter 5,8 mm sampai 22 mm dan panjang 1.5

meter.

Catridge Heater Standart Pin Terminals

- Catridge Heater Berkepala Nipple

- Catride Heater Built In Cables

- Catridge Heater L Form

- Catride Heater dengan Thermocouple

- Dan Lain-lain.

4. Band, Nozzle & Stripe Heater

Merupakan elemen pemanas yang terbuat dari kumparan (gulungan )

kawat / pita bertahanan listrik tinggi (niklin), yang kemudian dilapisi oleh isolator

tahan panas (mica), dan pada bagian luar dilapisi lagi oleh plat logam berbahan

kuningan, alumunium ataupun stainless stell yang kemudian di bentuk menjadi

lempengan heater berbentuk stripe.


Bentuk Stripe ini kemudian di bulatkan dengan mesin rol sehingga

menjadi bentuk sabuk yang diameternya disesuaikan dengan kebutuhan.

Jenis - jenis Elemen Pemanas Bentuk ini adalah :

- One Pice Expandable Band Heater

- Curve Heater

- Two Piece Curve Heater

- Nozzle Heater

- Band Heater Dispencer Model

- Dan Lain-lain

Gambar 2.18 Catridge Heater Band, Nozzle Dan Stripe Heater

Perhitungan daya elemen pemanas menggunakan prinsip hukum ohm

seperti terlihat pada gambar 2.

P = V .I dengan P = Daya (VA)

V = Tegangan (Volt)

I = Arus (ampere)

Gambar 2.19 Hubungan antara daya, tegangan, arus, dan resistansi


Laju perubahan suhu dinyatakan dalam:

12

12

ttTT

dtdT

−−

=

2.7. Perpindahan Panas

Panas dapat berpindah dari suatu tempat atau benda ketempat atau ke

benda lain. Panas dapat berpindah dari suatu zat yang lebih panas ke zat yang

lebih dingin. Dengan kata lain, panas hanya akan berpindah dari satu benda ke

benda lainnya bila terdapat perbedaan temperatur diantara dua benda tersebut.

Atau panas akan berpindah dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda

yang temperatur lebih rendah. Karena itu dapat disimpulkan bahwa perbedaan

temperatur (Δt) adalah merupakan potensial pendorong bagi proses perpindahan

panas. Dalam proses perpindahan panas, dikenal 3 macam metode perpindahan

panas, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

2.7.1. Konduksi

Konduksi adalah perpindahan panas suatu benda yang partikel-partikel

dalam benda tersebut menstransfer energi melalui tumbukan. Konduksi Panas

hanya terjadi apabila terdapat perbedaan temperatur.

Panas yang mengalir secara konduksi dari daerah yang bertemperatur

tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah. Laju perpindahan panas konduksi

dapat dinyatakan dengan Hukum Fourrier .

.....................................................(2.1)

Dimana, = Laju perpindahan panas (W)

k = Konduktivitas Termal ( W / (m.K))

A = Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2)

T2 = Temperatur akhir (°C)

T1 = Temperatur awal (°C)


L = Tebal plat (m)

Persamaan (2.1) dapat disederhanakan menjadi persamaan yang dikenal

dengan konsep resistansi thermal yang dianalogikan dengan resistansi listrik. Hal

ini karena laju aliran kalor dianggap sebagai sebuah aliran listrik yang mengalir

dari potensial tinggi ke potensial rendah (perbedaan temperatur). Konsep

resistansi thermal juga berlaku untuk kedua jenis perpindahan panas yang lain.

Dengan demikian, persamaan (2.3) menjadi:

.............................................(2.2)

....................................................(2.3)

Dimana, = Laju perpindahan panas (W)

k = Konduktivitas Termal ( W / (m.K))

A = Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2)

T2 = Temperatur akhir (°C)

T1 = Temperatur awal (°C)

L = Tebal plat (m)

R = Resistansi thermal ( °C/m)

2.7.2. Konveksi

Perpindahan panas konveksi terjadi di antara permukaan benda dan suatu

fluida. Dengan kata lain, perpindahan panas konveksi adalah perpaduan

perpindahan panas konduksi dengan suatu aliran fluida. Perpindahan panas

konveksi terdiri dari tiga jenis, yaitu konveksi paksa aliran dalam, aliran luar,

dan alamiah. Apabila aliran fluida disebabkan oleh blower/fan maka disebut

konveksi paksa dan apabila disebabkan oleh gradien massa jenis maka disebut

konveksi alamiah. Pada umumnya laju perpindahan panas dapat dinyatakan

dengan hukum persamaan pendinginan Newton,yaitu sebagai berikut


.........................................(2.4)

Dimana, = Laju perpindahan panas (Watt)

h = Koefisien konveksi ( W / m2. K )

A = Luas permukaan kolektor surya m2

Ts = Temperatur plat ( K )

Tf = Temperatur fluida ( K )

Nilai koefisien konveksi dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut ini :

..........................................................(2.5)

Dimana, h = koefisien konveksi ( W / m2. K )

Nu= Bilangan Nusselt

k = konduktivitas termal (W/m.K)

L = panjang plat (m)

Secara umum, pola aliran terbagi menjadi tiga jenis, yaitu aliran laminar,

transisi, dan turbulen. Aliran laminar adalah aliran yang molekul-molekul

fluidanya masih tersusun rapi atau tidak acak, sedangkan aliran turbulen adalah

aliran yang molekul-molekul fluidanya acak atau radial. Aliran transisi merupakan

pola aliran yang berada diantara aliran laminar dan turbulen.

Persamaan yang digunakan untuk menghitung bilangan Reynold adalah

sebagai berikut:

.....................................................(2.6)

Dimana, Re = bilangan Reynold

ρ = massa jenis fluida (kg/m3)

U = kecepatan aliran fluida (m/s)


L = Panjang pipa (m)

μ = viskositas (Ns/m2)


BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pengertian...

Documents

Transcript of BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pengertian...