PRILAKU DINAMIK TANGKI BERPENGADUK

PERCOBAAN 1 : EFEK PERUBAHAN INPUT SECARA BERTAHAP (DS 1)

1. TUJUAN

Setelah melakukan praktikum mahasiswa dapat diharapkan :

1. Mengetahui perilaku dinamis dari tangki berpengaduk yang disusun secara seri

2. Menentukan respon konsentrasi tangki bersusun seri terhadap perubahan

konsentrasi di tangki pertama.

3. Menggambarkan kurva respon konsentrasi tangki bersusun dan menentukan

konstanta waktu (Time Constant).

2. DASAR TEORI

Tangki berpengaduk adalah alat simulasi pengendalian yang bertujuan

menjelaskan simulasi prilaku dari suatu sistem pengendali untuk tangki-tangki

berpengaduk yang disusun secara seri.

Salah satu hal yang penting dari pada tangki yang berpengaduk didalam

penggunaanya adalah :

1. Mempunyai bentuk yang pada umumnya digunakan yang berbentuk selinder

dan bagian bawahnya cekung.

2. Dapat dilihat dari ukurannya yaitu diameter dan tinggi tangki.

3. Kelengkapan dari suatu bejana yaitu :

- Ada atau tidaknya buffle, yang berpengaruh pada pola aliran di dalam

tangki.

- Jaket atau coil pendingin/pemanas yang berfungsi sebagai pengendali

suhu.

- Letak lubang pemasukan dan pengeluaran untuk proses kontinyu.

- Tutup tangki.

4. Pengaduk, biasanya zat cair diaduk dalam suatu bejana yang biasa berbentuk

selinder dengan sumbu terpasang vertical. Bagian atas bejana ini mungkin

terbuka saja keudara atau dapat pula tertutup.

Pada ujung tangki membulat maksudnya agar atau tidak terlalu banyak sudut-

sudut tajam atau daerah yang sulilt ditembus arus zat cair. Kedalam zat cair biasanya

hampir sama dengan diameter tangki, dan di dalam tangki dipasang impeller pada

ujung poros yang menggantung artinya poros itu ditumpu dari atas. Poros tersebut

digerakkan oleh motor, yang kadang-kadang dihubungkan langsung dengan poros itu.

Pengadukan zat cair dilakukan untuk berbagai maksud tergantung dari tujuan

langkah pengolahan itu sendiri. Tujuan dari pengadukan antara lain :

1) Untuk mencampur dua macam zat cair yang mampu campur.

2) Melarutkan padatan seperti garam dan air.

3) Untuk mendispersikan gas dalam zat cair yang menjadi gelembung-gelembung

halus dalam suspensi agar suatu mikroorganisme untuk fermentasi atau untuk

proses kerja Lumpur dalam proses pengolahan limbah.

4) Untuk suspensasi padatan halus dalam zat cair seperti dalam hidrogenesasi katalik,

dimana gas-gas hydrogen didispersikan melalui zat cair dimana terdapat partikel-

pertikel katalis padat dalam keadaan suspensi di dalam bejana hidrogenasi.

5) Pengadukan fluida mempercepat proses perpindahan panas antara zat cair dengan

kumparan atau mantel kalor dalam dinding bejana, dimana kalor reaksi diangkut

melaui kumparan atau mantel.

Tangki ini termasuk sistem tangki kontinyu untuk reaksi–reaksi sederhana.

Berbeda dengan sistem operasi batch di mana selama reaksi berlangsung tidak ada

aliran yang masuk atau meningggalkan sistem secara berkesinambungan, maka di

dalam tangki alir (kontinyu), baik umpam maupun produk akan mengalir secara terus

menerus. Sistem seperti ini memungkinkan kita untuk bekerja pada suatu keadaan

dimana operasi berjalan secara keseluruhan daripadab sistem berada dalam kondisi

stasioner. Ini berarti bahwa baik aliran yang masuk , aliran keluar maupun kondisi

operasi reaksi di dalam tangki tidak lagi berubah oleh waktu. Pengertian waktu reaksi

tidak lagi sama dengan lamanya operasi berlangsung, tetapi akivalen dengan lamanya

reaktan berada di dalam tangki. Penyataan terakhir ini biasa disebut waktu tinggal

campuran di dalam tangki, yang besarnya ditentukan oleh laju alir campuran yang

lewat serta volume tangki di mana reaksi berlangsung.

Tangki tipe ini bisa terdiri dari satu tangki atau lebih. Biasanya tangki–tangki

ini dipasang vertikal dengan pengadukan sempurna. Pengadukan pada masing-masing

tangki dilakukan secara kontinu sehingga diperoleh suatu keadaan di mana komposisi

campuran di dalam tangki benar-benar seragam. Tangki tangki ini biasanya digunakan

untuk reaksi-reaksi dalam fase cair, untuk reaksi heterogen cair – padat atau reaksi

homogen cair- cair dan sebagainya.

Tiga buah tangki berpengaduk yang disusun secara seri mempunyi respon

berbentuk kurva eksponensial untuk tanki pertama : tempat terjadi perubahan input ,

dan kurva sigmoidal (bentuk huruf S) untuk dua tangki berikutnya. Perbedaan bentuk

kurva diakibatkan oleh transfer lag ; kelembapan akibat perpindahan , yang pada

akhirnya akan mencapai konstan pada titik yang sama.

A adalah konsentrasi dalam tangki pertama setelah terjadinya oerubahan

input konsenrasi yang diukur menggunakan alat konduktor, sedangkan E adalah

konsentrasi awal (konduktivitas awal) dan t adalah waktu konstan aau time constant,

yang besarnya 2/3 dari total perubahan mencapai konstan (63,2%) .

A = E (1 - ) dapat disederhanakan menjadi dA/dT = (E/T)

A = 0,6321 E

Dikarenakan kelambatan ini, maka suatu perubhan terhadap input akan

kembali stabil etelah waktu konstan, dengan menghitung waktu konstan maka dapat

diperkirakan waktu yang dibutuhjjan oleh suatu perubahan untuk mencapastabil suatu

keadaan konstan atau stabil sehingga pengaturan dapat sebelum perubahan tersebut

disarankan oleh suatu proses atau system.

3. BAHAN DAN ALAT

Bahan yang digunakan :

Kalium klorida yang dilarutkan dalam air sehingga mencapai konsentrasi

0,025 M dalam tangki berpengaduk (2 L)

Alat yang digunakan :

- 1 set tangki berpengaduk bersusun seri

- 1 set konduktometer

- Stopwatch

- Gelass kimia 100mL , 50ml , 500 ml

- Labu takar 1000ml

- Spatula, pengaduk, botol aquades.

4. LANGKAH KERJA

1. Mengkalibrasi konduktormeter yang akan digunakan sesuai prosedur kalibrasi.

2. Mempersiapkan 10 liter aquades dalam tangki penampungan dibelakang alat.

3. Mengisi ke 3 tangki berpengaduk dibagian depan dengan larutan KCl 0,025 M.

4. Menghidupkan pengaduk dan atur laju pengadukan dengan kecepatan medium.

Ukur konduktivitas ke 3 tangki di depan, pastikan nilai konduktivitas harus

sama (matikan pengaduk saat melakukan pengukuran konduktivitas)

5. Menghidupkan pompa dan alirakan aquadest dari tangki penampungan ke

tangki berpengaduk tentukan laju alir ke tangki berpengaduk dengan

menggunakan stopwatch (volume air tertampung/waktu).

6. Memasukkan selang berisi aquadest ke tangki berpengaduk I dan catat waktu

sebagai waktu 0 menit.

7. Mengukur konduktivias di tangki berpengaduk I,II,III bergantian setiap 2

menit . (matikan pengaduk saat melakukan pengukuran konduktivitas)

8. Mengulangi langkah ke7 hingga didapat harga konduktivitas yang konstan di

ke3 tangki berpengaduk.

9. Setelah selesai, mengosongkan seluruh tangki penampung dan ke 3 tangki

berpengaduk. Cuci bersih dengan air karena sisa air garam dapat membuat

korosi pada alat.

Alternatif :

Ke 3 tangki berpengaduk di isi dengan larutan KCL 0,025 M (±2000mL)

sedangkan tangki penampungan di isi dengan air aquades.

5. DATA PENGAMATAN

Tabel 1. Pengkonstanan Konduktivity Aliran Masuk

Tangki 1 Tangki 2 Tangki 3

6,80 6,91 6,75

6,79 6,8 6,76

6,79 6,8 6,78

6,78 6,8 6,77

6,78 6,79 6,67

6,78 6,79 6,77

6,77 6,78 6,78

6,76 6,77 6,78

6,76 6,76 6,77

6,75 6,75 6,75

Tabel 2. Pengkostanan Konduktivity Aliran Keluar

Waktu

(menit)

Konduktivity (mS/cm)

Tanki 1 Tanki 2 Tanki 3

0 6,75 6,75 6,75

2 1,284 2,95 4,53

4 0,785 1,97 3,45

6 0,466 1,218 2,46

8 0,347 0,799 1,378

10 0,279 0,565 1,260

12 0,242 0,403 0,907

14 0,205 0,304 0,631

16 0,185 0,244 0,454

18 0,180 0,227 0,426

20 0,178 0,208 0,397

22 0,175 0,194 0,363

24 0,173 0,187 0,300

26 0,170 0,181 0,266

28 0,168 0,175 0,232

30 0,166 0,172 0,211

32 0,165 0,170 0,204

34 0,164 0,168 0,200

36 0,163 0,166 0,186

38 0,162 0,164 0,183

40 0,161 0,163 0,172

42 0,160 0,161 0,168

44 0,160 0,160 0,164

46 0,160 0,160 0,162

48 0,160 0,160 0,160

50 0,160 0,160 0,160

52 0,160 0,160 0,160

Grafik 1. Grafik Perubahan Konduktivitas pada Tangki 1, 2 dan 3

8

7

6

5Konduktivity

4(ms/cm)3

2

1

0

Konduktivity VS Waktu

0 10 20 30 40 50 60Waktu(menit)

Konduktivity (mS/cm) Tanki 1Konduktivity (mS/cm) Tanki 2Konduktivity (mS/cm) Tanki 3

Grafik 2. Grafik Time Constant

Konduktivity VS Waktu8

7

6

5Konduktivity

4(ms/cm)

3

2

1

00 10 20 30 40 50 60

Waktu (menit)

Tanki 1

6. PERHITUNGAN

Time Constant secara teori (Kt)

K max = 6,75

Kmin = 0,160

Kt = (K max – Kmin) 63,2%

= (6,75 – 0,160) 63,2%

= 6,59 x 0,632

= 4,16

Time Constant secara praktek (Kp)

Kp = 0,21 (Lihat Grafik)

Laju aliran masuk

V = 50 ml

t = 11 s

Q =

= 4,545 ml/s

Volume yang dibutuhkan tangki 1 dalam mencapai waktu konstan

V = Q x t

= 4,545 ml/s x 2,5 menit

= 4,545 ml/s x 150 s

= 681,75 ml

7. ANALISA PERCOBAAN

Setelah melakukan praktikum kali ini, dapat dianalisa bahwa tangki

berpengaduk yang disusun secara berseri mempunyai jarak yang berbeda antar setiap

tangkinya. Tangki 1 dan tangki 2 dihubungkan langsung oleh pipa di bagian bawah

tangki tersebut, sehingga saat tangki 1 berisi suatu larutan maka tangki 2 juga akan

langsung berisi larutan dengan tinggi dan volume yang sama seperti tangki 1.

Sedangkan tangki 2 dan tangki 3 dihubungkan dengan pipa dengan jarak tertentu.

Setelah tangki 2 mencapai maksimum, cairan di tangki 2 akan masuk ke dalam pipa

yang dipasang berdiri dalam tangki, cairan lalu turun dan masuk ke dalam tangki 3

melalui bagian bawah tangki 3. Jarak yang berbeda antara tangki 1, 2, dan 3 tersebut

menyebabkan adanya sifat dinamis pada tangki berpengaduk yang disusun secara

berseri. Pada prinsipnya air yang terdapat dalam bak penampung dibagian belakang

dialirkan menuju ketiga tangki berpengaduk yang sebelumnya telah diisi dengan

larutan KCl, sehingga air yang mengalir ke tangki akan mengisi tangki dan bercampur

dengan larutan KCl sehingga terjadi perubahan konsentrasi pada masing – masing

tangki. Tetapi lama – kelamaan konsentrasi ketiga tangki akan sama pada waktu

tertentu.

Pada setiap tangki tersebut, di isi dengan larutan KCl 0,025 M, konduktivitas

larutan yang semula 3,26 ms/cm lama kelamaan menurun seiring dengan penambahan

air dari tangki belakang. Air pada tangki belakang dialirkan dengan laju alir 9,44 ml/s.

Dari data pengamatan dapat dilihat bahwa, perubahan konduktivitas pada tangki ke-3

lebih lama dari pada tangki pertama dan ke dua. Hal ini dikarenakan penyusunan

tangki tersebut memiliki jarak yang jauh dan prinsip pemasangannya berbeda dengan

pemasangan tangki 1 dan 2. Larutan pada ke tiga tangki berada pada keadaan konstan

mulai pada menit ke 18 sampai menit – menit berikutnya hingga menit ke 34 larutan

tetap konstan.

Dari perhitungan akan didapatkan harga konstanta waktu pada ketiga tangki yaitu,

2,271 menit, 7,1358 menit, dan 17,3295 menit. Untuk menentukan volume yang

dibutuhkan tangki 1 dalam mencapai waktu konstan, dihitung dengan mengetahui laju

alir masuk dan waktu yang didapat dari grafik.

8. KESIMPULAN

1. Tangki berpengaduk yang disusun secara berseri memiliki perilaku dinamis

akibat adanya jarak yang berbeda antara ketiga tangki.

2. Konduktifitas larutan KCl 0,025 M pada tangki setiap tangki lama kelamaan

menurun dengan adanya penambahan aquadest.

3. Larutan pada ke tiga tangki berada pada keadaan konstan mulai pada menit ke

18 sampai menit – menit berikutnya hingga menit ke 34 larutan tetap konstan.

4. Harga konstanta waktu pada ketiga tangki adalah 2,271 menit, 7,1358 menit,

dan 17,3295 menit.

DAFTAR PUSTAKA

- Lestari, Sutini Puji Astuti. 2013. “Petunjuk Praktikum Pengendalian Proses”.

Palembang: Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya.

- ht t p: / /ww w .sc r ibd.com/

- ht t p: / /f e v z y viel k y .bl o g s p ot.com/2012 / 12/ t a n g k i - b e rp e n g a duk.ht m l

GAMBAR ALAT

1

2

3 4 5 6 7 8 9

Tangki Berpengaduk dengan sususan seri

Keterangan

1. Pengaduk

2. Tanki

3. Konduktometer

4. Tombol on/off

5. Tombol stirrer

6. Tombol pump

7. Selang air masuk

8. Bak penampung

9. Selang keluaran