1

STUDI PENGARUH KONSENTRASI CaCO3 TERHADAP KECEPATAN

SEDIMENTASI PADA PERCOBAAN SEDIMENTASI SECARA BATCH

Tivany Silvia, Annisa Putri Taranita, Agung Satrio P., dan Sinta Nuclea

Program Studi D3 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya

2013

Abstrak

Salah satu metoda pemisahan yang dilakukan dalam praktikum operasi teknik kimia

adalah sedimentasi. Sedimentasi merupakan proses pemisahan larutan suspensi menjadi

fluida jernih (supernatant) dan slurry yang mengandung padatan lebih tinggi. Tujuan dari percobaan sedimentasi ini adalah mempelajari proses pemisahan suspensi CaCO3 225 gram,

265 gram, dan 305 gram slurry menjadi supernatant dan slurry dalam bentuk pemisahan

batch pada skala laboratorium. Selain itu, juga menetapkan kecepatan pengendapan

(sedimentasi rate) suspensi CaCO3 225 gram, 265 gram, dan 305 gram. Adapun prosedur

percobaan dari sedimentasi ini pada tahap persiapan adalah menyiapkan seluruh peralatan

percobaan sedimentasi yang terdiri dari gelas ukur 1000 ml, stopwatch, erlenmeyer untuk

membuat larutan suspensi, spatula dan piknometer, lalu membuat larutan suspensi yang akan

digunakan untuk percobaan dengan cara menimbang CaCO3 225 gram, kemudian

mengaduknya hingga terbentuk larutan suspensi yang uniform. Pada tahap percobaan yaitu

menuangkan larutan suspensi, lalu mengaduk larutan suspensi agar dalam keadaan uniform

pada kondisi awal, kemudian mencatat perubahan tinggi interface untuk setiap penurunan

waktu 25 detik yang ditentukan hingga terjadi penurunan tinggi interface lagi, selanjutnya

melanjutkan pencatatan tinggi interface hingga konstan, lalu menghitung densitas saat

suspensi dalam keadaan homogen dan mengulangi percobaan yang sama dengan variabel

CaCO3 265 gram dan 305 gram. Kesimpulan dari percobaan sedimentasi adalah Kecepatan

pengendapan (sedimentation rate) dari suspensi CaCO3 225 gram adalah 0,0195 cm/s.

Kecepatan pengendapan (sedimentation rate) dari suspensi CaCO3 265 gram adalah 0,0165

cm/s. Kecepatan pengendapan (sedimentation rate) dari suspensi CaCO3 305 gram adalah

0,0133 cm/s. Semakin lama waktu pengendapan, maka kecepatan pengendapan slurry

semakin menurun. Semakin besar konsentrasi CaCO3, maka kecepatan pengendapannya

semakin turun. Hal ini karena adanya drag force yang berbanding lurus dengan konsentrasi.

Drag force atau gaya seret ini bekerja pada arah yang berlawanan dengan gerakan partikel

dalam fluida. Maka jika konsentrasi semakin besar maka kecepatan pengendapannya

menurun.

Kata kunci : Sedimentasi, Perubahan Tinggi Interface, Kecepatan Pengendapan, Konsentrasi

CaCO3

I. Pendahuluan Sedimentasi merupakan proses

pemisahan larutan suspensi menjadi fluida

jernih (supernatant) dan slurry yang

mengandung padatan lebih tinggi. Larutan

suspensi terdiri dari campuran fase cair dan

fase padat yang bersifat settleable (dapat

diendapkan karena perbedaan densitas

antara fasenya). Proses sedimentasi dapat

dilakukan secara batch dan continue.

2

ZO

NA

A

C

D

A

B

C

Proses batch sering digunakan untuk skala

laboratorium sedangkan continue

dipergunakan dalam proses komersil

dengan mempertimbangkan kecepatan

pengendapan terminal dari partikel-

partikelnya. Percobaan skala laboratorium

dilakukan pada suhu uniform untuk

menghindari gerakan fluida atau konveksi

karena perbedaan densitas yang dihasilkan

dari perbedaan suhu (Mc. Cabe, 1985).

Ketika slurrry dicairkan diendapkan

oleh gravitasi menjadi fluida yang lebih

jernih dan slurry dengan konsentrasi yang

lebih tinggi, proses ini disebut sedimentasi

atau terkadang disebut juga thickening. Uji

secara batch dilakukan untuk

menggambarkan mekanisme pengendapan

dan metode penentuan kecepatan

pengendapan.Pada awal sedimentasi batch,

konsentrasi padatan sepanjang silinder

uniform. Segera setelah proses mulai,

seluruh partikel suspensi solid jatuh bebas

melalui fluida pada kecepatan

maksimumnya dibawah, kondisi hindered

settling yang ada. Partikel-partikel padat

jatuh bebas pada kecepatan yang sama dan

membentuk garis pembatas tajam antara

cairan jernih supernatant dan zona

suspensi serta slurry. Didalam slurry yang

mengandung partikel-partikel ukuran

berbeda, partikel-partikel yang lebih besar

akan mengendap lebih cepat dan mulai

menumpuk, dimana zona D dan zona

transisi C yang mengandung padatan yang

bervariasi antara konsentrasi zona B dan

zona D mulai nampak. Setelah

pengendapan lebih jauh atau pada kondisi

kecepatan pengendapan kompresinya, zona

B dan zona C tidak nampak tetapi hanya

terdapat slurry pekat pada zona D

(Geankoplis, C.J., 2003).

Kecepatan pengendapan dapat

ditentukan dengan mengamati tinggi

interface (antarfase) sebagai fungsi waktu

yang diberikan dan menggambarkan

tangen pada kurva yang diperoleh dari :

Pada point ini, tinggi Z1 dan Z2 adalah

intercept tangen pada kurva tersebut.

Kecepatan pengendapan (sedimentation

rate) :

Keterangan:

V1 : Kecepatan pengendapan (cm/menit)

Zi : Tinggi interface 1(cm)

Z1 : Tinggi interface 2 (cm)

t1 : Waktu pengendapan (menit)

(Anonim, 2013).

Pada proses sedimentasi terdapat

beberapa faktor yang mempengaruhi

proses sedimentasi diantaranya adalah

kosentrasi. Semakin besarnya konsentrasi,

gaya gesek yang dialami partikel karena

partikel lain semakin besar sehingga drag

force-nya pun semakin besar. Hal ini

disebabkan karena dengan semakin

besarnya konsentrasi berarti semakin

banyak jumlah partikel dalam suatu

suspensi yang menyebabkan bertambah

gaya gesek antara suatu partikel dengan

partikel yang lain. Drag force atau gaya

seret ini bekerja pada arah yang

berlawanan dengan gerakan partikel dalam

fluida. Dalam hal ini gaya drag ke atas dan

gerakan partikel ke bawah. Gaya seret ini

disebabkan oleh adanya transfer

momentum yang arahnya tegak lurus

permukaan partikel dalam bentuk gesekan.

Maka dengan adanya drag force yang

arahnya berlawanan dengan arah partikel

ini akan menyebabkan ya total untuk

mengendapkan partikel gerakan partikel

menjadi lambat karena semakin kecilnya

Gambar I.1. Sedimentasi dengan

Proses Batch

3

gaya total ke bawah sehingga kecepatan

pengendapan semakin turun (Droste, 1997).

Dalam industri kimia, aplikasi

sedimentasi banyak digunakan dalam

beberapa kondisi seperti :

1. Penghilang endapan, hasil buangan padatan tersuspensi dalam tangki

pengendapan.

2. Penghilangan tanah dan heavy silt dari air tangki penampungan endapan.

3. Penghilangan substansi yang tidak dapat mengendap dari air hasil buangan

industri dengan cara koagulasi dan

presipitasi terlebih dahulu.

Untuk lebih memahami proses

sedimentasi, diadakan percobaan

sedimentasi dengan tujuan mempelajari

proses pemisahan suspensi CaCO3 slurry

menjadi supernatant dan slurry dalam

bentuk pemisahan batch pada skala

laboratorium. Selain itu, juga menetapkan

kecepatan pengendapan (sedimentasi rate)

suspensi CaCO3.

II. Metodologi Percobaan Pada percobaan ini menggunakan bahan

CaCO3 sebanyak 225 gram, 265 gram, dan

305 gram serta air sebanyak 1000 ml untuk

membuat larutan suspensi CaCO3.

Sedangkan peralatan yang dibutuhkan

adalah : gelas ukur, spatula, timbangan

elektrik, stopwatch, viscometer ostwald,

piknometer, termometer, dan erlenmeyer.

Prosedur percobaan dilakukan sebagai

berikut :

A. Persiapan Alat

Menyiapkan seluruh peralatan

percobaan sedimentasi yang terdiri dari

gelas ukur, spatula, stopwatch, viskometer

ostwald, termometer, erlenmeyer, dan

piknometer.

B. Membuat Larutan Suspensi

1. Menimbang CaCO3 sesuai dengan variabel yang telah diberikan.

2. Menuangkan air ke dalam erlenmeyer.

3. Memasukkan CaCO3 yang telah ditimbang ke dalam erlenmeyer yang

berisi air.

4. Mengaduk hingga uniform.

C. Tahap Percobaan 1. Menuangkan larutan suspensi. 2. Mengaduk larutan suspensi agar dalam

keadaan uniform pada kondisi awal.

3. Mencatat perubahan tinggi interface untuk setiap penurunan waktu 25 detik

yang ditentukan hingga tidak terjadi

penurunan tinggi interface lagi.

4. Melanjutkan pencatatatan tinggi interface hingga konstan.

5. Menghitung densitas saat suspensi dalam keadaan homogen.

6. Mengulangi percobaan yang sama dengan variabel yang berbeda.

III. Hasil Percobaan dan Pembahasan

Tabel 1. Hasil Percobaan pada suspensi

CaCO3

t(s) CaCO3

225 gram

CaCO3

265 gram

CaCO3

305 gram

0 100 100 100

25 82 83 89

50 68 68 79

75 59 55 72

100 50 44 65

125 39 37 60

150 28 31 55

175 20 19 50

200 15 18 43

225 14 17 37

250 13 16 33

275 11.5 15 28

300 11 14 24

325 10.8 13.5 21

350 10.7 13 18

375 10.4 12.5 17

400 10 12 16.5

425 9.7 11.5 16

450 9.7 11 15.5

2255 9.5 10.7 15

500 9.3 10.5 14.5

525 9.2 10.4 14

4

0102030405060708090

100110

0 200 400 600 800

keti

ngg

ian

(cm

)

waktu (detik)

free setlling

hindred

setling

fase

sedimentasi

Linear

(hindredsetling)

Linear (fase

sedimentasi)

550 9.2 10.3 13.7

575 9.2 10.2 13.1

600 10.2 12.8

625 10.2 12.5

650 12.3

675 12

700 11.8

725 11.6

750 11.4

775 11.1

800 11

825 11

Berdasarkan Tabel 1. di dapat grafik

hubungan Antara tinggi interface dengan

waktu sebagai berikut:

Grafik 1. Hubungan ketinggian (cm)

dengan waktu (detik) pada suspensi CaCO3

225 gram

Grafik 2. Hubungan ketinggian (cm)

dengan waktu (detik) pada susensi CaCO3

265 gram

Grafik 3. Hubungan ketinggian (cm)

dengan waktu (detik) pada suspensi CaCO3

305 gram

Pada grafik 1, 2 dan 3 menjelaskan

bahwa semakin lama waktu pengendapan,

maka kecepatan pengendapannya semakin

turun yang terlihat dari interfacenya

semakin kecil dengan tinggi suspense (zi)

serta tinggi slurry dan supernatant (z1).

Sehingga dengan menggunakan rumus:

Kecepatan pengendapan pada 225 gram

CaCO3 :

Kecepatan pengendapan pada 265 gram

CaCO3 :

Kecepatan pengendapan pada 225 gram

CaCO3 :

Dapat diperoleh kecepatan pengendapan

pada 225 gram CaCO3 sebesar 0,0195

cm/s, kecepatan pengendapan pada 265

gram CaCO3 sebesar 0,0165 cm/s, dan

kecepatan pengendapan pada 305 gram

CaCO3 sebesar 0,0133 cm/s.

0102030405060708090

100110

0 200 400 600 800

keti

ngg

ian

(cm

)

waktu (detik)

free setlling

hindred

setling

fase

sedimentasi

Linear

(hindredsetling)

Linear (fase

sedimentasi)

0102030405060708090

100110

100 300 500 700 900

keti

ngg

ian

(cm

)

waktu (detik)

free setlling

hindred

setling

fase

sedimentasi

Linear

(hindred

setling)

Linear (fase

sedimentasi)

5

Grafik 1, 2 dan 3 juga menunjukkan

bahwa pada proses free settling, laju

pengendapannya semakin cepat

dibandingkan pada proses hindered settling

yang mana laju pengendapannya semakin

lambat. Hal ini sesuai dengan literatur

bahwa pada proses free settling,jatuhnya

partikel dalam suatu fluida ini tidak

dipengaruhi oleh dinding dan faktor

benturan dengan partikel lain, sehingga

laju pengendapan akan semakin cepat.

Sedangkan pada proses hindered

settling,partikel tidak dapat mengendap

secara bebas karena aliran partikel yang

satu mempengaruhi aliran partikel yang

lainnya dan terjadi saling berdesakan,

sehingga kecepatan pengendapan partikel

akan semakain kecil (Geankoplis, C.J,

1993).

Sehingga hubungan antara kecepatan

pengendapan dan konsentrasi dapat

ditemukan. Berikut grafik hubungan antara

kecepatan pengandapan dengan

konsentrasi.

Grafik 4. Perbandingan antara konsentrasi

dan kecepatan pengendapan

Pada Grafik 4. menjelaskan bahwa

semakin besar konsentrasi, maka kecepatan

pengendapannya semakin menurun. Hal ini

sesuai dengan literatur yang menyatakan

bahwa dengan semakin besarnya

konsentrasi, gaya gesek yang dialami

partikel karena partikel lain semakin besar

sehingga drag force-nya pun semakin

besar. Hal ini disebabkan karena dengan

semakin besarnya konsentrasi berarti

semakin banyak jumlah partikel dalam

suatu suspensi yang menyebabkan

bertambahnya gaya gesek antara suatu

partikel dengan partikel yang lain. Drag

force atau gaya seret ini bekerja pada arah

yang berlawanan dengan gerakan partikel

dalam fluida. Dalam hal ini gaya drag ke

arah atas dan gerakan partikel ke bawah.

Gaya seret ini disebabkan oleh adanya

transfer momentum yang arahnya tegak

lurus permukaan partikel dalam bentuk

gesekan. Maka, dengan adanya drag force

yang arahnya berlawanan dengan arah

partikel ini akan menyebabkan gerakan

partikel menjadi lambat karena semakin

kecilnya gaya total ke bawah sehingga

kecepatan pengendapan semakin turun

(Geankoplis, C.J, 1993).

IV. Kesimpulan Dari percobaan yang dilakukan dapat

diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Kecepatan pengendapan dari larutan suspensi CaCO3 225 gram

adalah 0,0195 cm/s.

2. Kecepatan pengendapan dari larutan suspensi CaCO3 265 gram

adalah 0,0165 cm/s.

3. Kecepatan pengendapan dari larutan suspensi CaCO3 305 gram

adalah 0,0133 cm/s.

4. Semakin besar konsentrasi maka kecepatan pengendapan slurry

semakin menurun.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2013. Modul Operasi Teknik

Kimia I. Surabaya : D3 Teknik Kimia FTI

ITS.

Droste, Ronald L. 1997. Theory and

Practice of Water and Watewater

Treatment. New York : John Wiley and

Sons, Inc.

Geankoplis, C.J. 2003. Transport

Processes and Separation Process

Principles. New Jesey : Prentice Hall.

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

0 0.01 0.02 0.03

Ko

nse

ntr

asi (

pp

m)

waktu (detik) Kecepatan Sedimentasi

6

Mc. Cabe. 1985. Unit Operations of

Chemical Engineering. New York : Mc

Graw-Hi s.