LANDASAN DASAR PENGUNAAN SHROUDED TURBIN

PADA FLUIDA YANG MEMILIKI VISKOSITAS LEBIH DARI

1.000.000 CP

1. Landasan dasar penggunaan shrouded turbin

Di dalam suatu proses industri ada suatu proses pencampuran bahan baik

itu bahan cair-cair, cair-padat, cair-gas, dan gas- padat. Pada proses ini kedua

kondisi haruslah kita perlakukan sebagaimana mestinya sesuai dengan harapan

kita. Untuk sample yang kuantitasnya masih kecil. Kita dapat menggunakan

media yakni bejana, tangki, dan bahan dimasukkan kedalamnya dan untuk

meratakan pencampuran atau pengadukan kita aduk dengan kayu, atau pengaduk

dengan tenaga manusia yang tidak konstan.

Dalam lingkup kecil ini homogenitas atau keseragaman mungkin tidak jadi

suatu masalah dan baik, sah untuk dilakukan. Tetapi bagaimana bila kita

mengambil dalam lingkup besar, dimana dalam sejam saja terjadi pencampuran

yang besar jumlahnya e.g 100 ton.

Untuk itulah dibutuhkan peralatan mixing yang membantu sesuai dengan

fungsinya dengan keadaan konstan, serta dapat diatur kecepatan pengadukannya

untuk diperoleh hasil yang optimal, saerta kehomogenitasan yang tinggi, dan

gerakan mixing dengan tenaga yang dibutuhkan minimum.

Dengan kata lain, pengadukan (agitation) adalah gerakan yang terinduksi

menurut cara tertentu pada suatu bahan di dalam bejana, di mana gerakan itu

biasanya mempunyai semacam pola sirkulasi.

Pengadukan dan pencampuran merupakan operasi yang penting dalam

industry kimia. Pencampuran (mixing) merupakan proses yang dilakukan untuk

mengurangi ketidakseragaman suatu sistem seperti konsentrasi, viskositas,

temperatur dan lain-lain. Pencampuran dilakukan dengan mendistribusikan secara

acak dua fasa atau lebih yang mula-mula heterogen sehingga menjadi campuran

homogen. Peralatan proses pencampuran merupakan hal yang sangat penting,

tidak hanya menentukan derajat homogenitas yang dapat dicapai, tapi juga

Nama : Sulaiman Wahab

NIM : 03031281320028

Shift : Rabu, 10.00-12.00 WIB

Kelompok : 1

mempengaruhi perpindahan panas yang terjadi. Penggunaan peralatan yang tidak

tepat dapat menyebabkan konsumsi energi berlebihan dan merusak produk yang

dihasilkan. Salah satu peralatan yang menunjang keberhasilan pencampuran ialah

pengaduk.

Campuran adalah perpaduan fisik dari dua atau lebih komponen, yang

masing-masing mempertahankan identitas dan sifat dalam campuran sendiri.

Campuran terbagi dua jenis yaitu campuran homogen dan campuran heterogen.

1. Campuran homogen

Campuran homogen adalah campuran yang bersifat serba sama atau larut.

Homogen berarti untuk volume campuran yang sangat kecil pun ,

komposisi tersebut sesuai dengan perbandingan bagian antar bahan yagng

dimasukkan. Campuran ini disebut juga larutan dan mempunyai sifat

selalu seragam, bila kita periksa sedikit dari bagian larutan NaOH dalam

air. Sifat-sifatnya akan sama dari bagian larutan tersebut, dapat juga

disebut bahwa larutan terdiri dari suatu fase (letak atau sifat sama).

Pencampuran merupakan salah satu proses terpentng dalam industri kimia.

2. Campuran Heterogen

Campuran heterogen adalah campuran yang tidak larut/berbeda sifat.

Campuran heterogen juga merupakan campuran yang serba beraneka dan

tidak dapat larut diantara satu sama yang lain, yang disebabkan oleh

perbedaan sifat. Perbedaan sifat ini sering digunakan sebagai penguji

kemurnian suatu zat.

Viskositas merupakan ukuran gesekan fluida internal yang cenderung

berlawanan dengan setiap perubahan dinamik dalam gerak fluida, dengan kata lain

jika fraksi atau gesekan antara lapisan-lapisan fluida kecil (viskositas rendah),

pemberian suatu gaya geser akan menghasilkan gradien kecepatan besar. Begitu

viskositas bertambah, tiap lapisan fluida mengimbanginya dengan hambatan gesek

(frigtional drag) terhadap lapisan-lapisan yang bersebelahan sehingga gradien

kecepatan berkurang. Viskositas juga dianggap sebagai suatu sifat yang dalam

skala makro dinamik dan tidak seimbang. Kerapatan misalnya, adalah sifat

setimbang yang statik. Pada skala mikro, kedua sifat itu mencerminkan pengaruh

gerak dan interaksi molekul. Bahkan meskipun viskositas biasanya diacukan

sebagai sifat tidak seimbang, sifat ini juga merupakan fungsi keadaan fluida,

seperti temperatur, tekanan dan volume (Robert, 1991).

Gambar 1.1. Minyak dan tinta(Sumber :Sugeng , 2009)

Dalam menafsirkan pengukuran viskositas, banyak terdapat kerumitan.

Kebanyakan pengukuran (tidak semuanya) didasarkan pada pengamatan empiris,

dan penentuan berat molar biasanya didasarkan pada perbandingan dengan sampel

standar (Atkins, 1997).

Sifat lain yang berhubungan atau kurang lebih mempunyai hubungan

dengan gaya tarik antarmolekul ialah viskositas, yaitu keresistenan cairan untuk

mengalir. Salah satu cara termudah untuk mengukur viskositas ialah dengan

menentukan waktu yang diperlukan bagi suatu cairan untuk mengalir melalui

suattu tabung kapiler dengan panjang tertentu. Cara lain adalah dengan mengukur

waktu yang diperlukan bagi sebuah bola besi batu jatuh dari ketinggian tertentu

suatu cairan (Petrucci, 1987).

Nilai viskositas dinyatakan dalam viskositas spesifik, kinematika dan

instrinsik. Viskositas spesifik ditentukan dengan membandingkan secara langsung

kecepatan aliran suatu larutan dengan pelarutnya. Viskositas kinematik diperoleh

dengan memperhitungkan densitas larutan. Baik viskositas spesifik maupun

kinematik dipengaruhi oleh konsentrasi larutan. Pengukuran viskositas dilakukan

dengan menggunakan jenis viskometer kapiler. Untuk penentuan viskometer

larutan polimer, viskometer kapiler yang paling tepat adalah viskometer

Ubbelohde. Pada viskometer Ubbelohde, pengukuran viskometer dilakukan

dengan menentukan waktu yang dibutuhkan oleh sejumlah volume larutan untuk

mengalir diantara dua tanda kalibrasi. Waktu alir larutan ini kemudian

dibandingkan dengan waktu alir pelarut murninya. Dengan cara ini akan diperoleh

nilai viskositas spesifik, yang tidak mempunyai satuan (Rochima, 2000).

Viskositas dan berat jenis merupakan sifat fisik susu yang dipengaruhi

oleh komposisi susu, nilai protein dan lemak susu. Viskositas susu akan

meningkat diikuti meningkatnya berat jenis susu. Semakin kental susu maka

semakin banyak jumlah padatan didalam susu yang akan meningkatkan berat jenis

susu. Oleh karena itu, viskositas dan berat jenis selalu berbanding positif. Menurut

Herdiansyah jika berat jenis susu rendah maka kekentalan susu tersebut sangat

rendah, namun sebaliknya jika viskositas kandungan bahan kering tinggi atau

berat jenis susu tinggi maka viskositas susu tersebut akan tinggi juga (Fitriyanto,

2013).

Dalam proses mixing ini digunakan impeller sebagai mixer yang akan

mencampurkan dua fase atau lebih yang terpisah. Ada beberapa tipe impeller yang

biasa digunakan antara lain : propeller, paddle dan turbine. Setiap impeller ini

memiliki tingkat efisiensi yang berbeda terhadap proses pencampuran.

Pengaduk 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. Rancangan pengaduk sangat dipengaruhi oleh jenis aliran,

laminar atau turbulen. Aliran laminar biasanya membutuhkan pengaduk yang

ukurannya hampir sebesar tangki itu sendiri. Hal ini disebabkan karena aliran

laminar tidak memindahkan momentum sebaik aliran turbulen.

Pencampuran di dalam tangki pengaduk terjadi karena adanya gerak rotasi

dari pengaduk dalam fluida. Gerak pengaduk ini memotong fluida tersebut dan

dapat menimbulkan arus eddy yang bergerak keseluruhan sistem fluida tersebut.

Oleh sebab itu, pengaduk merupakan bagian yang paling penting dalam suatu

operasi pencampuran fasa cair dengan tangki pengaduk.

Pencampuran yang baik akan diperoleh bila diperhatikan bentuk dan

dimensi pengaduk yang digunakan, karena akan mempengaruhi keefektifan proses

pencampuran, serta daya yang diperlukan. Menurut aliran yang dihasilkan,

pengaduk dapat dibagi menjadi tiga golongan:

Pengaduk aliran aksial yang akan menimbulkan aliran yang sejajar dengan

sumbu putaran. Pengaduk aliran radial yang akan menimbulkan aliran yang

berarah tangensial dan radial terhadap bidang rotasi pengaduk. Komponen aliran

tangensial menyebabkan timbulnya vortex dan terjadinya pusaran, dan dapat

dihilangkan dengan pemasangan baffle atau cruciform baffle. Pengaduk aliran

campuran yang merupakan gabungan dari kedua jenis pengaduk di atas. Menurut

bentuknya, pengaduk dapat dibagi menjadi 3 golongan:

Impeller yang berupa piringan yang bersudu-sudu dan melengkung

didalamnya dipasang pada poros yang digerakkan oleh motor listrik, mesin uap

atau turbin uap. Pada bagian samping dari impeller dekat dengan poros,

dihubungkan dengan saluran isap, dan cairan (air, minyak, dan lain-lain) masuk

ke dalam impeller yang berputar melalui saluran tersebut. Dan karena gerakan

berputar dari impeller maka cairan yang terdapat pada bagian tersebut ikut

berputar akibat gaya sentrifugal yang terjadi, air didesak keluar menjauhi pusat,

dan masuk dalam ruangan antara keliling impeller bagian luar dan rumah pompa ,

dan menuju kesaluran keluar.

Baling-baling impeller meneruskan energi kinetik ke cairan, sehingga

menyebabkan cairan berputar. Cairan meninggalkan impeller pada kecepatan

tinggi. Impeller dikelilingi oleh volute casing atau dalam hal pompa turbin

digunakan cincin diffuser stasioner. Volute atau cincin diffuser stasioner

mengubah energi kinetik menjadi energi tekanan.

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.

Contohnya flate – blade turbine banyak digunakan terutama untuk

campuran dengan mengorbankan efisiensi atau ketika geser tinggi diperlukan

seperti cair-cair emulsi atau intensitas tinggi menggosok padat. Flat blades turbine

merupakan jenis impeller yang dapat menangani semua aplikasi pencampuran

fluida. Pemompaan yang tinggi membuat jenis impeller ini baik untuk

pencampuran operasi. Hal ini juga seharusnya disesuaikan dengan adanya penutup

pada pelindungnya yang terbuat dari bahan plastik, karet maupun timah.

Gambar 1.2. Flate-blade turbine(Sumber : Suhendra, 2010)

shrouded turbin adalah sebuah teknologi baru yang memiliki aliran turbin

tertutup dalam venturi berbentuk terselubung atau saluran (vent duct),

menghasilkan suasana sub tekanan rendah di belakang turbin. Venturi diselimuti

turbin tidak tunduk pada batas Betz dan memungkinkan turbin untuk beroperasi

pada efisiensi yang lebih tinggi daripada turbin sendiri dengan meningkatkan

volume aliran atas turbin. Perbaikan Diklaim bervariasi, 1,15-4 kali output daya

yang lebih tinggi dari turbin sama terselubung. The Betz batas efisiensi konversi

59,3% untuk turbin dalam aliran terbuka masih berlaku, tetapi diterapkan pada

lebih besar kafan penampang daripada turbin kecil penampang.

Prinsip penting komersial yang cukup besar telah ditunjukkan dalam aliran

shrouded turbin karena output daya meningkat. Mereka dapat beroperasi di

dangkal air bergerak lebih lambat dengan turbin kecil di situs mana turbin besar

dibatasi. Tersusun di jalan laut atau di sungai mengalir cepat, turbin terselubung

yang kabel untuk menopang untuk koneksi ke grid atau komunitas. Atau milik

kain kafan yang menghasilkan kecepatan aliran dipercepat di turbin

memungkinkan arus pasang surut sebelumnya terlalu lambat untuk penggunaan

komersial yang akan digunakan untuk produksi energi.

Sementara shrouded yang mungkin tidak praktis dalam angin, sebagai

generasi berikutnya dari desain turbin aliran itu adalah mendapatkan popularitas

lebih dan penggunaan komersial. Tidal Energy Pty Ltd turbin adalah multi mampu

menghadapi up-stream di setiap arah dan turbin directional bi Lunar Energi.

Semua turbin arus pasang surut terus-menerus perlu untuk menghadapi di sudut

yang tepat untuk aliran air untuk beroperasi. Energy Pty Ltd adalah kasus yang

unik dengan basis berputar. Lunar Energi menggunakan diffuser sudut lebar untuk

menangkap aliran masuk yang mungkin tidak sejalan dengan sumbu panjang

turbin. Sebuah terselubung juga dapat dibangun ke dalam pagar pasang surut atau

rentetan meningkatkan kinerja turbin.

Gambar 1.3. shrouded turbine

(Sumber :Alex, 2013)

Jenis shroud sendiri. Tidak semua shrouded turbin adalah sama - kinerja

turbin diselimuti bervariasi dengan desain turbin. Tidak semua turbin diselimuti

telah mengalami pengawasan independen pertunjukan diklaim, sebagai

perusahaan erat menjaga teknologi masing-masing, angka kinerja sehingga dikutip

perlu diteliti erat. Lunar Energi melaporkan 15% peningkatan -25% selama turbin

yang sama tanpa shroud. Shrouded turbin tidak beroperasi pada efisiensi

maksimum ketika shrouded tidak mencegat aliran arus di sudut yang tepat, yang

dapat terjadi sebagai arus eddy dan swirl, sehingga efisiensi operasional

berkurang. Pada efisiensi turbin rendah biaya tambahan shrouded harus

dibenarkan, sementara pada efisiensi yang lebih tinggi biaya tambahan shrouded

memiliki sedikit dampak pada hasil komersial. Demikian pula biaya tambahan

struktur pendukung untuk shrouded harus seimbang terhadap kinerja diperoleh.

Yawing (berputar) shrouded dan turbin pada sudut yang benar, sehingga selalu

menghadapi hulu seperti kaus kaki angin, dapat meningkatkan kinerja turbin tapi

mungkin perlu perangkat aktif mahal untuk mengubah ke aliran. Desain pasif

dapat dimasukkan, seperti mengambang shrouded turbin di bawah ponton pada

tambatan ayunan, atau terbang turbin seperti layang-layang di bawah air. Salah

satu desain oleh Tidal Energy Pty Ltd pasif frambusia turbin diselimuti

menggunakan meja putar dengan mengintip Ulasan klaim 3,84 (384%)

meningkatkan efisiensi atas turbin yang sama dikurangi shrouded.

Pada viskositas tinggi biasanya digunakan shrouded turbin. Karena

shrouded turbin memiliki blade yang kecil dan banyak sehingga tekanan pada

fluida terhadap impeller kecil dengan tekanan yang kecil sehingga impeller dapat

berputar tanpa beban yang terlalu berat. Hal ini mengakibat daya yang dikonsumsi

tidak terlalu besar jika dibandingkan dengan jenis impeller lain. Umumnya pada

impeller jenis ukuran bladenya lebih besar di banding dengan shrouded turbin.

Sehingga beban yang di beban kan kepada impeller lebih besar yang

mengakibatkan daya yang dikonsumsi besar. Selain itu juga karena diameter blade

yang kecil pada shrouded turbin dapat mengurangi vortex yang mungkin dapat

terjadi saat proses pengadukan. Daya yang di konsumsi pada shrouded turbin ini

jika digunakan untuk mengaduk fluida dengan visko 1000000 cp sangat kecil.

Pada penggunaan padle dan propeler ketika di gunakan pada fluida yang

memiliki viskositas lebih dari 1.000.000 cp. Selain daya yg digunakan makin

besar pada daya yang sama kecepatan impeller juga lebih lambat. Hal ini

disebakan oleh tekanan dari fluida tersebut. Selain itu juga kemungkin terjadinya

vortex semakin besar. Dalam hal ini vortex dapat menyebabkan folding atau

peristiwa tumpahnya fluida keluar vessel. Hal inilah yang harus di hindari ketika

melakukan pengadukan.

.

Gambar 1.4. shrouded turbine

(Sumber : Fadli , 2011)

2. Alternative impeller yang digunakan pada pengadukan fluida yang

memiliki viskositas lebih dari 1.000.000 cp

Banbury mixer adalah merek mixer bets internal dinamai penemu Fernley

H. Banbury. "Banbury" merek dagang yang dimiliki oleh Farrel Corporation.

Mixer bets internal seperti mixer Banbury digunakan untuk mencampur atau

peracikan karet dan plastik. Desain asli tanggal kembali ke 1916. mixer yang

terdiri dari dua bilah berputar berbentuk spiral terbungkus dalam segmen

perumahan silinder. Ini berpotongan sehingga meninggalkan punggungan antara

pisau. Pisau dapat buang biji untuk sirkulasi pemanasan atau pendinginan.

Penemuan yang menghasilkan penghematan tenaga kerja dan modal utama

dalam industri ban, melakukan jauh dengan langkah awal karet roller-

penggilingan. Hal ini juga digunakan untuk memperkuat pengisi dalam sistem

resin.

Gambar 2.1.. Bambury mixer

(Sumber : Andre, 2010)

Sigma mixer berisi pencampuran elemen (blades) dari dua tipe sigma

dalam jumlah yang kontra berputar ke dalam untuk mencapai sirkulasi ujung ke

ujung serta menyeluruh dan pencampuran yang seragam di pembersihan dekat

atau tertentu dengan wadah. Produk campuran dapat dengan mudah diberhentikan

dengan memiringkan wadah dengan tuas tangan secara manual baik dengan

sistem roda gigi yang dioperasikan secara manual atau bermotor. Mixer yang

lengkap dipasang pada baja dibuat dari kekuatan yang sesuai untuk menahan

getaran dan memberikan performance (Bhatt & Agrawal, 2007).

Gambar 2.2.. sigma mixer

(Sumber : Susanto, 2011)

Sigma mixer digunakan untuk proses granulasi basah dalam pembuatan

tablet, massa pil dan salep. Hal ini terutama digunakan untuk pencampuran padat-

cair meskipun bisa digunakan untuk campuran padat-padat juga.

Keuntungannya adalah bila sigma mixer menciptakan jarak kematian minimal

selama pencampuran. Ada toleransi dekat antara bilah dan dinding samping

maupun bawah mixer shell. Kerugiannya adalah Sigma mixer bekerja dengan

kecepatan tetap (Bhatt & Agrawal, 2007).

Extruder merupakan alat yang cukup sederhana namun memiliki

keunikan tersendiri. Prinsip dasar kerja alat ini ialah memasukkan bahan-bahan

mentah yang akan diolah kemudian didorong keluar melalui suatu lubang

cetakan die-die (Die itu berbentuk piringan atau silinder dengan lubang

lubang cetakan yang terletak pada bagian akhir ekstruder dan berfungsi

sebagai pembentuk atau pencetak bahan/adonan setelah diolah di dala

ekstruder ) dalam bentuk yang diinginkan.

DAFTAR PUSTAKA

Bayu.2011.Metode Pencampuran Beton. (online)

http://bayugembell.blogspot. co. id/2011/04/metode-pencampuran-

beton- mixing.html.(diakses 12 September 2015)

Been, Thomas L, dkk.1988. Application of Mixing. New York: Book Co

Mc Cabe,1985. Unit Operation of Chemical Engineering. Jakarta : Erlangga.