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