PENENTUAN WAKTU MATI ( DEAD TIME )

(DS 2)

I. TUJUAN :

Setelah melakukan praktikum mahasiswa dapat diharapkan :

1. Mengetahui perilaku dinamis dari tangki berpengaduk yang disusun secara

seri

2. Menentukan waktu mati pada tangki bersusun seri akibat perubahan jarak

3. Menggambarkan kurva respon konsentrasi tangki bersusun.

II. TEORI SINGKAT

Waktu mati atau dead time adalah waktu mulai dari terjadi perubahan

input hingga input terukur oleh system. Dead time terjadi dikarenakan tempat

pengukuran terletak jauh dari tempat perubahan input, umumnya oleh pipa aliran

yang panjang sehingga saat terjadi perubahan di pangkal pipa, perubahan baru

terukur setelah waktu tertentu. Hal ini menyebabkan perubahan tidak langsung

dapat dideteksi sehingga pertauran yang seharusnya dilakukan menjadi lambat

sehingga proses pengendalian menjadi tidak optimal.

controleler

M

Katup kontrol

System (proses)

pengukuran

Pada gambar di atas tujuan pengendalian adalah mempertahankan

harga pengukuran pada proses (system) sesuai dengan set point. Apabila

terjadi perubahan pada harga pengukuran, maka error dari hasil pengukuran

terhadap set point akan diberikan kepada controller yang kemudian

memberikan perintah kepada katup control untuk memberikan aliran tertentu

agar aliran tersebut menghasilkan perubahan yang akan membuat harga

pengukuran kembali ke harga set point namun karena jarak yang tau antara

katup control dan proses akan menyebabkan terjadinya dead time yaitu dimana

katup control telah memberikan perubahan namun perubahan yang melalui

pipa panjang tidak langsung berakibat langsung pada proses. Sealng waktu ini

membuat harga error berikut yang kemudian mengakibatkan controller

memberikan perintah lanjut kepada katup control untuk memberikan aliran

baru kembali. Semakin besar dead time yang terjadi akan menyebabkan

pengendalian menjadi tidak terkendali. Katup control sebaiknya terletak

didekat proses atau system sedangkan alat ukur atau controller dengan

menggunakan tranmisi listrik dapat diletakan ditempat yang lebih jauh.

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.

Pemilihan susunan rangkaian reactor dipengaruhi oleh berbagai

pertimbangan, tergantung keperluan dan maksud dari operasinya. Masing-

masing rangkaian memiliki kelebihan dan kekurangan, karena di dunia ini

tidak ada yang sempurna. Semua yang ada didunia ini saling melengkapi satu

sama lainnya. Secara umum, rangkaian reactor yang disusun secara seri itu

lebih baik dibanding secara parallel. Setidaknya ada 2 sisi yang dapat

menjelaskan kenapa rangkaian reactor secara seri itu lebih baik. Pertama,

ditinjau dari konversi reaksi yang dihasilkan dan yang kedua ditinjau dari sisi

ekonomisnya.

Pertama, ditinjau dari konversi reaksinya. Feed yang masuk ke reactor

pertama dalam suatu rangkaian reactor susunan seri akan bereaksi membentuk

produk yang mana pada saat pertama ini masih banyak reaktan yang belum

bereaksi membentuk produk di reactor pertama, sehingga reactor selanjutnya

berfungsi untuk mereaksikan kembali reaktan yang belum bereaksi dan

seterusnya sampai mendapatkan konversi yang optimum. Secara sederhana,

reaksi yang berlangsung itu dapat dikatakan berkali-kali sampai konversinya

optimum. Konversi yang optimum merupakan maksud dari suatu proses

produksi. Sementara itu jika dengan reactor susunan parallel, dengan jumlah

feed yang sama, maka reaksi yang terjadi itu hanya sekali sehingga

dimungkinkan masih banyak reaktan yang belum bereaksi. Walaupun pada

outletnya nanti akan dijumlahkan dari masing-masing reactor, namun tetap

saja konversinya lebih kecil, sebagai akibat dari reaksi yang hanya terjadi satu

kali.

Kedua, tinjauan ekonomisnya. Dalam pengadaan alat yg lain, misal

jika seri hanya memerlukan satu wadah untuk bahan baku (baik dari beton

ataupun stainless steel), dan konveyor yang digunakan juga cukup satu.

Namun jika paralel mungkin memerlukan wadah lebih dari satu ataupun

konveyor yang lebih dari satu untuk memasukkan feed ke masing-masing

reactor. Konsekuensi yang lain dari suatu reactor rangkain parallel adalah

karena masih ada reaktan yang banyak belum bereaksi maka dibutuhkan lah

suatu recycle yang berakibat pada bertambahnya alat untuk menampungnya,

sehingga lebih mahal untuk mendapatkan konversi yang lebih besar.

III.BAHAN DAN ALAT

BAHAN :

Kalium klorida yang dilarutkan dalam air sehingga mencapai konsentrasi

0,025 M dalam 3L

ALAT :

- 1 set tangki berpengaduk bersusun seri

- 1 set konduktometer

- Stopwatch

- Gelass kimia 100mL , 50ml , 500 ml

- Labu takar 1000ml

- Spatula, pengaduk, botol aquades.

IV. LANGKAH KERJA

1. Mengalibrasi konduktormeter yang akan digunakan sesuai prosedur kaibrasi.

2. Mempersiapkan larutan KCL 0,025 M dalam wadah 3L dan aquadest pada

tangki penampung bagian belakang

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

M. Mengisi juga gelas kimia 1L dengan larutan KCL. ( Membagi 4 bagian

yang sama dalam ketiga tangki dan satu gelas kimia. Menghubugkan tangki

ketiga dengan gelas kimia 1L dengan selang melingkar )

4. Mengidupkan pengaduk dan mengatur laju pengadukan dengan kecepatan

medium. Ukur konduktivitas ketiga tangki di depan , pastikan nilai

konduktivitas harus sama (mematikan pengaduk saat melakukan pengukuran

konduktivitas)

5. Menghidupkan pompa dan mengalirkan aquadest dari tangki penampungan ke

gelas ukur 100 mL menentukan laju alir ke tangki berpengaduk dengan

menggunakan stopwatch (volume air tertampung / waktu).

6. Memasukkan selang berisi aquadest ke tangki berpengaduk I dan mencatat

waktu sebagai waktu 0 menit.

7. Mengukur konduktivias di tangki berpengaduk I dan gelas kimia 1L

bergantian setiap 0,5 menit selama 5 menit pertama . (mematikan pengaduk

saat melakukan pengukuran konduktivitas)

8. Melanjutkan pengamatan setiap 2 menit hingga didapat harga konduktivitas

yang konstan di tangki berpengaduk 1 dan gelas kimia 1L

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

berpengadukdan gelas kimia. mencuci 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 (±3000mL) sedangkan

tangki penampungan di isi dengan air aquades.

Kurva yang dihasilkan akan berbentuk terbalik dari teori.

V. DATA PENGAMATAN

Table 1. table konduktivitas

waktu (menit)

Konduktiv

itas Tangki I Tangki IV

0.5 2.8 3.3

1 2.2 3.2

1.5 1.8 3.2

2 1.4 3.1

2.5 1.2 3.1

3 1.1 2.9

3.5 0.9 2.8

4 0.8 2.7

4.5 0.8 2.7

5 0.7 2.7

7 0.6 2.4

9 0.6 2.1

11 0.6 1.9

13 0.5 1.6

15 0.4 1.4

17 0.4 1.3

19 0.4 1.1

21 0.4 1

23 0.4 0.9

25 0.4 0.8

27 0.4 0.7

31 0.4 0.6

33 0.4 0.5

35 0.4 0.5

37 0.4 0.5

39 0.4 0.4

41 0.4 0.4

Dead Time = 7,5 menit

VI. PERHITUNGAN

Perhitungan debit

- Untuk tiap 100 ml, waktu yang dibutuhkan adalah 17 detik

- Q = V / t

= 100 ml / 17 detik

= 5,8 ml/detik

Penentuan Dead Time

Dari grafik didapat Dead Time 7,5 menit

- Konversi ke detik:

Dead Time = 7,5 menit x 60 detik/menit = 450 detik

Penentuan Volume Dead Time

Volume Dead Time = (V x Dead time) / t

Atau

= Debit x Dead Time

= 5,8 ml/detik x 450 detik

= 2610 ml atau 2,61 liter

ANALISA DATA

Efek pengaruh input secara bertahap pada tangki berpengaduk yang disusun

secara berseri berbeda dengan tangki yang dipasang tunggal. 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 daripada sistem berada dalam kondisi stasioner.

Pengaruh dari jarak yang berbeda pada tangki berpengaduk yang disusun secara

berseri tersebut adalah pada perubahan konsentrasi terhadap lamanya waktu reaktan

mengalir atau homogenisasi reaktan dari tangki ke tangki. Proses homogenisasi tersebut

dipengaruhi oleh proses pengadukan dan aliran masuk ke tiap tangki. Pada tangki 4

dengan jarak yang paling jauh, menghabiskan waktu yang sangat lama untuk mencapai

suatu titik dimana konduktivitasnya sama dengan ketiga tangki lainnya atau homogen.

Pada tangki 4 pengadukan juga dilakukan secara manual, berbeda dengan ketiga tangki

lainnya yang pengadukannya dilakukan oleh pengaduk otomatis. Hal ini membuktikan

bahwa dengan kecepatan aliran masuk yang sama, yang mempengaruhi perubahan

konsentrasi keempat tangki adalah jarak dan pengadukan.

KESIMPULAN

1. Tangki berpengaduk yang disusun secara berseri memiliki perilaku dinamis akibat adanya

jarak yang berbeda antara ketiga tangki.

2. Waktu terjadi pada menit ke-65 dimana konduktivitas pada tangki keempat sama

dengan ketiga tangki lainnya.

3. Dead Time terjadi pada menit ke-1,5 dan Volume Dead Time sebesar 107,9910

ml.

GAMBAR ALAT

Tangki Berpengaduk dengan sususan seri

DAFTAR PUSTAKA

Lestari, Sutini Pujiastuti. “Petunjuk praktikum pengendalian proses: Perilaku dinamik

tangki berpengaduk”. Palembang: Teknik Kimia.Politeknik Negeri Sriwijaya

http://tentangteknikkimia.wordpress.com/2012/04/22/pemilihan-reaktor-alir-tangki-

berpengaduk-ratb-seri-apa-paralel/