BAB IILIQUID-LIQUID MIXING

I. TUJUAN PRAKTIKUMA. Mengetahui jenis pola aliran pada proses mixing.B. Mencari mixing time pada proses mixing.C. Minghitung bilangan Reynold dari campuran tersebut.II. DASAR TEORIA. Definisi PengadukanPengadukan (agitation) adalah gerakan yang terinduksi menurut cara tertentu pada suatu bahan di dalam bejana, dimana gerakan itu biasanya mepunyai semacam pola aliran sirkulasi. Sedangkan pencampuran (mixing) adalah peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara acak dimana bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain dan sebaliknya, sedang bahan-bahan tersebut sebelumnya terpisah dalam dua fase atau lebih. (Christie Geankoplis, Transport Procesess and Unit Operations, halaman 140)Ada beberapa tujuan untuk pengadukan cairan dan beberapa di antaranya dirangkum secara singkat.1. Pencampuran dari dua cairan dapat larut, seperti etil alkohol dan air.2. Melarutkan padatan dalam cairan, seperti garam dalam air.3. Pendispersi gas dalam cairan sebagai gelembung halus, seperti oksigen dari udara dalam suspensi mikroorganisme untuk fermentasi atau untuk proses lumpur aktif dalam pengolahan limbah.4. Membekukan partikel padat halus dalam cairan, seperti dalam hidrogenasi katalitik dari cairan mana partikel katalis padat dan gelembung hidrogen tersebar dalam cairan.5. Agitasi cairan untuk meningkatkan perpindahan panas antara fluida dan kumparan atau jaket di dinding pembuluh darah.(Christie Geankoplis, Transport Procesess and Unit Operations, halaman 140)

B. ImpellersPengaduk/impeller dalam tangki memiliki fungsi sebagai pompa yang menghasilkan laju volumetrik tertentu pada tiap kecepatan putaran dan input daya. Input daya dipengaruhi oleh geometri peralatan dan fluida yang digunakan. Profil aliran dan derajat turbulensi merupakan aspek penting yang mempengaruhi kualitas pencampuran.Impeller dibagi ke dalam kelas: mereka yang menghasilkan arus sejajar dengan sumbu poros impeller dan mereka yang menghasilkan arus dalam arah tangensial atau radial. pertama disebut impeller aliran aksial, impeler aliran radial. Tiga jenis utama dari impeller adalah propeller, paddles, dan turbin. Setiap jenis mencakup banyak variasi dan subtipe, yang tidak akan dipertimbangkan di sini. Impeller khusus lainnya juga bermanfaat dalam situasi tertentu, tapi tiga jenis utama mengatasi mungkin 95 persen dari semua masalah pengadukan liquid.Tiga jenis impeller utama antara lain :1. PropellerMerupakan contoh impeller aliran aksial, dengan kecepatan tinggi untuk cairan viskositas rendah. Propeller berukuran kecil berputar pada kecepatan penuh, baik 1150 atau 1750 r/min. Sedangkan propeller yang berukuran besar berputar pada 400 hingga 800 r/min.2. PaddlesUntuk masalah sederhana agitator yang efektif digunakan adalah paddles datar yang berputar pada poros vertikal. Paddle yang umum adalah paddle dengan dua bilah dan empat bilah. Paddle berputar dengan kecepatan lambat di tengah vessel mendorong cairan secara radial dan tangensial dengan hampir tidak ada gerak vertikal diimpeller. Dalam industri paddle berputar pada kecepatan antara 20 dan 150 r/min.3. TurbineBentuknya menyerupai paddle bilah banyak dengan pisau pendek, yang berputar pada kecepatan tinggi diporos pusat vessel. Diameter impeller lebih kecil dari paddle, mulai 30 sampai 50 persen dari diameter vessel. Turbin biasanya efektif untuk jangkau viskositas yang cukup luas. Pada cair berviskositas rendah, turbin itu menimbulkan arus yang sangat deras yang berlangsung di keseluruhan bejana, menabrak kantong-kantong yang stagnan dan merusaknya. Di dekat impeller itu terdapat zone arus deras yang sangat turbulen dengan geseran yang kuat. Arus utamanya bersifat radial dan tangensial. Komponen tangensialnya menimbulkan vorteks dan arus putar, yang harus dihentikan dengan menggunakan sekat (baffle) atau difuser agar impeller itu menjadi sangat efektif. (McCabe, Unit Operation of Chemical Engineering, page 237-238)

Gambar 2.1. Bentuk-bentuk pengaduk (a) impeller paddle (b) impeller propeller (c) impeller turbineC. Pola AliranPada tangki berpengaduk, pola aliran yang dihasilkan bergantung pada beberapa faktor antara lain geometri tangki, sifat fisik fluida dan jenis pengaduk itu sendiri. Pengaduk jenis turbine akan cenderung membentuk pola aliran radial sedangkan propeller cenderung membentuk aliran aksial.Pada dasarnya terdapat 3 komponen yang hadir dalam tangki berpengaduk yaitu:1. komponen radial pada arah tegak lurus terhadap tangkai pengaduk.2. komponen aksial pada arah sejajar (paralel) terhadap tangkai pengaduk.3. komponen tangensial atau rotasional pada arah melingkar mengikuti putaran sekitar tangkai pengaduk.Komponen radial dan tangensial terletak pada daerah horizontal dan komponen longitudinal pada daerah vertikal untuk kasus tangkai tegak (vertical shaft). Komponen radial dan longitudinal sangat berguna untuk penentuan pola aliran yang diperlukan untuk aksi pencampuran (mixing action).Pengadukan pada kecepatan tinggi ada kalanya mengakibatkan pola aliran melingkar di sekitar pengaduk. Gerakan melingkar tersebut dinamakan vorteks. Vorteks dapat terbentuk di sekitar pengaduk ataupun di pusat tangki yang tidak menggunakan baffle. Fenomena ini tidak diinginkan dalam industri karena beberapa alasan. Pertama kualitas pencampuran buruk meski fluida berputar dalam tangki. Hal ini disebabkan oleh kecepatan sudut pengaduk dan fluida sama. Kedua udara dapat masuk dengan mudahnya ke dalam fluida karena tinggi fluida di pusat tangki jatuh hingga mencapai bagian atas pengaduk. Ketiga, adanya vorteks akan mengakibatkan naiknya permukaan fluida pada tepi tangki secara signifikan sehingga fluida tumpah. Upaya berikut ini dapat dilakukan untuk menghindari vorteks, yaitu:1. Menempatkan tangkai pengaduk lebih ke tepi (off-center).2. Menempatkan tangkai pengaduk dengan posisi miring.3. Menambahkan baffle pada dinding tangki.D. Mixing TimeMixing time merupakan salah satu parameter yang paling penting dalam liquid-liquid mixing yang dibutuhkan fluida untuk bercampur merata keseluruh tangki sehingga campuran bersifat homogen. Mixing time adalah waktu pengadukan, dimana parameter viskositas dan densitas menunjukkan angka yang konstan. (Abdul A. A. Raman, 2014)Pada operasi pencampuran dengan tangki pengaduk, waktu pencampuran ini dipengaruhi oleh beberapa hal :1. Yang berkaitan dengan alat, seperti:a. ada tidaknya baffle atau cruciform baffleb. bentuk atau jenis pengaduk (turbin, propeler, padel)c. ukuran pengaduk (diameter, tinggi)d. laju putaran pengaduke. kedudukan pengaduk pada tangki, seperti :1) jarak terhadap dasar tangki2) pola pemasangannya: center, vertical off center, vertical miring (inciclined) dari atas horizontalf. jumlah daun pengadukg. jumlah pengaduk yang terpasang pada poros pengaduk2. Yang berhubungan dengan cairan yang diaduk:a. perbandingan kerapatan/ densitas cairan yang diadukb. perbandingan viskositas cairan yang diadukc. jumlah kedua cairan yang diadukd. jenis cairan yang diaduk (miscible, immiscible)E. Densitas FluidaDensitas fluida merupakan hubungan antara massa fluida dan volume yang ditempatinya. Hubungan ini ditunjukkan oleh persamaan di bawah ini:

Dengan, = densitas fluidam = massa fluidaV = volume fluidaMassa jenis suatu zat dapat ditentukan dengan berbagai alat, salah satunya adalah dengan menggunakan piknometer. Piknometer adalah suatu alat yang terbuat dari kaca, bentuknya menyerupai botol parfum atau sejenisnya. Jadi dapat diartikan disini, piknometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur nilai massa jenis atau densitas fluida. Terdapat beberapa macam ukuran dari piknometer, tetapi biasanya volume piknometer yang banyak digunakan adalah 10 ml dan 25 ml, dimana nilai volume ini valid pada temperature yang tertera pada piknometer tersebut. Adapun jenis atau bentuk piknometer yang kita ketahui itu terdiri dari tiga bagian, yaitu:1. Tutup piknometer, untuk mempertahankan suhu di dalam piknometer.2. Lubang.3. Gelas atau tabung ukur, untuk mengukur volume cairan yang dimasukkan dalam piknometer.Prinsip Kerja atau Cara Menggunakan PiknometerBerikut tata cara menggunakan piknometer untuk menentukam massa jenis suatu zat:1. Melihat berapa volume dari piknometernya (tertera pada bagiantabung ukur), biasanya ada yang bervolume 25 ml dan 50 ml.2. Menimbang piknometer dalam keadaan kosong.3. Memasukkan fluida yang akan diukur massa jenisnya ke dalam piknomeer tersebut.4. Menutup piknometer apabila volume yang diisikan sudah tepat.5. Menimbang massa piknometer yang berisi fluida tersebut.6. Menghitung massa fluida yang dimasukkan dengan cara mengurangkan massa pikno berisi fluida dengan massa pikno kosong.7. Setelah mendapat data massa dan volume fluidanya, kita dapat menentukan nilai rho/masssa jenis () fluida dengan persamaan: rho () = m/V=(massa pikno+isi) (massa pikno kosong) / volume. Adapun satuan yang biasanya di gunakan yaitu massa dalam satuan gram (gr) dan volume dalam satuan ml = cm38. Membersihkan dan mengeringkan piknometer.F. Viskositas FluidaViskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida. Makin besar viskositas suatu fluida, maka makin sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut. Viskometer merupakan peralatan yang digunakan untuk mengukur viskositas suatu fluida. Ada beberapa jenis viscometer yang digunakan, salah satunya merupakan viscometer Ostwald. Cara penggunaannya :Jika air dipakai sebagai pembanding, mula-mula air dimasukkan melalui tabung A kemudian dihisap agar masuk ke tabung B tepat sampai batas a kemudian dilepaskan dan siapkan stopwatch sebagai pengukur waktu.Umpamanya waktu yang diperlukan air untuk bergerak dari permukaan a sampai b sama dengan t1, setelah itu percobaan diganti dengan zat cair lain dengan cara yang sama seperti gambar di bawah.

Gambar 2.2. Gambar Viskometer OstwaldPada Ostwald yang diukur adalah waktu yang dibutuhkan oleh sejumlah cairan tertentu untuk mengalir melalui pipa kapiler dengan gaya yang disebabkan oleh berat cairan itu sendiri, jadi waktu yang dibutuhkan oleh cairan untuk melalui batas a dan b dapat diukur menggunakan stop watch.Sedangkan untuk mencari viskositas campuran dari viscometer ostwald, menggunaan persamaan :

Dengan : 1 = Massa jenis air1 = Viskositas air 2 = Massa jenis zat cair yang dicari

G. Bilangan ReynoldDalam desain agitator vessel, faktor yang penting adalah daya yang diperlukan untuk menggerakan impeller. Karena daya yang diperlukan untuk sistem tertentu tidak dapat diprediksi secara teoritis, dapat dikorelasikan dengan impeller bilangan Reynolds (NRe).

Keterangan :Do2 = Diameter pengaduk (m)N = Kecepatan putar Pengaduk (rpm) = Densitas Campuran (kg/m3) = Viskositas Campuran (kg/m.s)Dalam tangki aliran laminar untuk NRe < 10 dan aliran turbulen untuk NRe > 104, dan untuk range antara 10 sampai 104 alirannya adalah transisi.(Christie J. Geankoplis, Transport Process and Unit Operation, halaman 144).

III. PROSEDUR KERJAA. AlatTimbanga Digital

Satu Set Alat Mixing

Picnometer

Stopwatch

Viskometer Ostwald

Spatula

Suntikan

Ball Filler

Gambar II.1 Alat-alat Praktikum Liquid Liquid Mixing

B. Bahan 1. Air 2. Sunglight3. Gliter4. Susu coklatC. Rangkaian Alat

D. Skema kerja1. Variabel Susu Coklat Air Sample Susu Coklat

Perbandingan 8:2, Kemudian masukkan ke bekker glass

Campuran air + susu

Mixing dengan pengaduk jenis impeller turbin dengan kecepatan 15 rpm

Campuran

Ambil sampel :30 detik pertama10 kali dengan interval 10 menit

Masukkan kePicnometer Masukkan keViskometer Ostwald

Campuran di picnometerCampuran di viskometer

Amati waktu penurunan campuran antara susu dengan air

Timbang Berat kosong picnometer, dan berat picnometer yg diisi campuran,

Hitung ViskositasHitung Densitas

Gambar II.3 Skema Kerja Prktikum liquid-liduid mixing variabel susu coklat

2. Variabel SunlightAir Sample Sunglight

Perbandingan 8:2, Kemudian masukkan ke bekker glass

Campuran air + susu

Mixing dengan pengaduk jenis impeller turbin dengan kecepatan 15 rpm

Campuran

Ambil sampel :30 detik pertama10 kali dengan interval 10 menit

Masukkan kePicnometer Masukkan keViskometer Ostwald

Campuran di picnometerCampuran di viskometer

Amati waktu penurunan campuran antara susu dengan air

Timbang Berat kosong picnometer, dan berat picnometer yg diisi campuran,

Hitung ViskositasHitung Densitas

Gambar II.4 Skema Kerja Prktikum liquid-liduid mixing variabel sunlight

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Pengamatan Tabel II.1 Data Pengamatan Praktikum MixingNoPerlakuanHasil Pengamatan

1.Menghitung perbandingan air dengan susu yaitu 8:2 1600 ml : 200 ml

2.Pola aliran setelah 30 detik running Pola aliran radial karena tegak lurus terhadap tangki pengaduk

3.Hitung densitas setiap 10 menit pada campuran air dan susu dengan perbandingan 8:210 menit = 1.096 g/ml20 menit = 1.098 g/ml30 menit = 1.1 g/ml40 menit = 1.106 g/ml50 menit = 1.108 g/ml60 menit = 1.11 g/ml70 menit = 1.112 g/ml80 menit = 1.112 g/ml

4.Hitung viskositas setiap 10 menit pada campuran air dan susu dengan perbandingan 8:210 menit = 0.0102 gr/cm.s20 menit = 0.0103 gr/cm.s30 menit = 0.0105 gr/cm.s40 menit = 0.0107 gr/cm.s50 menit = 0.0110 gr/cm.s60 menit = 0.0111 gr/cm.s70 menit = 0.0113 gr/cm.s80 menit = 0.0114 gr/cm.s90 menit = 0.0115 gr/cm.s100 menit =0.01167gr/cm.s110 menit =0.01168gr/cm.s

5.Menghitung perbandingan air dengan sunglight yaitu 8:21600 ml : 200 ml

6.Pola aliran setelah 30 detik running Pola aliran radial karena tegak lurus terhadap tangka pengaduk

7.Hitung densitas setiap 10 menit pada campuran air dan sunglight dengan perbandingan 8:210 menit = 1.008 g/ml20 menit = 1.036 g/ml30 menit = 1.046 g/ml40 menit = 1.076 g/ml50 menit = 1.09 g/ml60 menit = 1.092 g/ml70 menit = 1.092 g/ml80 menit = 1.092 g/ml

8.

Hitung viskositas setiap 10 menit pada campuran air dan sunglight dengan perbandingan 8:210 menit = 0.01036gr/cm.s20 menit = 0.01127gr/cm.s30 menit = 0.01129gr/cm.s40 menit = 0.01148gr/cm.s50 menit = 0.01181gr/cm.s60 menit = 0.01185gr/cm.s70 menit = 0.01199gr/cm.s80 menit = 0.01214gr/cm.s90 menit = 0.01214gr/cm.s

B. Pembahasan Pada praktikum liquid-liquid mixing ini dilakukan 2 kali percobaan dimana percobaan yang pertama menggunakan variabel air dan susu sedangkan untuk percobaan yang ke dua menggunakan variabel air dan sunlight dengan perbandingan volume setiap variabel 8:1 dimana 8 untuk pelarut sedangkan 1 untuk terlarut. Percobaan pertama dilakukan dengan mencampurkan1600 ml air dan 200ml susu coklat dengan menggunakan serangkaian alat mixing dengan menggunakan impeller jenis turbin dengan kecepatan putaran sebesar 20 rpm. Setelah 30 detik didapat pola aliran pada percobaan pertama ini yaitu pola aliran radial, karena pengaduk jenis turbin akan cenderung membentuk aliran radial (Modul 1,09 Tangki Berpengaduk). Kemudian setiap 10 menit sampel larutan diambil dan dihitung viskositas dan densitas campuran tersebut hingga konstan, untuk menghitung viskositas menggunakan alat viskometer ostwald sedangkan untuk menghitung densitas campuran menggunakan piknometer (cara kerja jgn lupa ya riska???). Berdasarkan hasil pengamatan diatas didapat nilai viskositas sebesar 0.018 gr/cm.s dengan mixing time 110 menit dan nilai densitas sebesar 1.112 gr/ml dengan mixing time 80 menit. Pada percobaan pertama ini viskositas belum konstan, dikarenakan proses pencampuran antara air dan susu coklat belum sempurna, hal ini dapat dibuktikan dengan adanya endapan susu coklat pada proses pencampuran. Kemudian dihitung bilangan reynold, berdasarkan hasil perhitungan diatas didapat nilai bilangan reynold sebesar 8173200. bilangan reynold ini menunjukkan pola aliran turbulen karena bilangan reynold lebih besar dari 104 (Christie, 1993).(Kasih gambar dibawah sini buat susu coklat)Percobaan kedua dilakukan dengan mencampurkan1600 ml air dan 200ml sunlight dengan menggunakan serangkaian alat mixing dengan menggunakan impeller jenis turbin dengan kecepatan putaran sebesar 20 rpm. Setelah 30 detik didapat pola aliran pada percobaan pertama ini yaitu pola aliran radial, karena tegak lurus terhadap tangkai pengaduk. Pada tangki berpengaduk, pola aliran yang dihasilkan bergantung pada beberapa faktor antara lain geometri tangki, sifat fisik fluida dan jenis pengaduk itu sendiri. Pengaduk jenis turbine akan cenderung membentuk pola aliran radial dan tangensial. Kemudian setiap 10 menit sampel larutan diambil dan dihitung viskositas dan densitas campuran tersebut hingga konstan, untuk menghitung viskositas menggunakan alat viskometer ostwald sedangkan untuk menghitung densitas campuran menggunakan piknometer. Berdasarkan hasil pengamatan diatas didapat nilai viskositas sebesar 0.01214 gr/cm.s dengan mixing time 90 menit dan nilai densitas sebesar 1.092 gr/ml dengan mixing time 80 menit. Kemudian dihitung bilangan reynold, berdasarkan hasil perhitungan diatas didapat nilai bilangan reynold sebesar 11900461. bilangan reynold ini menunjukkan pola aliran turbulen karena bilangan reynold lebih besar dari 104 (Christie, 1993).(Kasih gambar dibawah sini buat sunlight)

V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan B. Saran VI. DAFTAR PUSTAKA