TANGKI BERPENGADUK (TGK)

Transkripsi

1 MODUL PRAKTIKUM LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA TANGKI BERPENGADUK (TGK) Koordinator LabTK Dr. Dianika Lestari / Dr. Pramujo Widiatmoko PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2016

2 Kontributor: Dr. IDG Arsa Putrawan, Dr. Sanggono Adisasmito, Dr. Ardiyan Harimawan, Yoga Sujatnika, Dinna Rizqi Awalia TGK diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 2

3 DAFTAR ISI DAFTAR ISI... 3 DAFTAR TABEL... 4 DAFTAR GAMBAR... 5 BAB I PENDAHULUAN... 6 BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN... 7 BAB III RANCANGAN PERCOBAAN... 8 BAB IV PROSEDUR KERJA DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A LAMPIRAN B LAMPIRAN C TGK diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 3

4 DAFTAR TABEL Tabel 1. Data Penentuan Densitas dan Viskositas Air Keran Tabel 2. Dimensi Tangki Berpengaduk Tabel 3. Data Karakteristik Impeller Tabel 4. Data Percobaan Utama Tabel 5. Gambar Observasi Pola Aliran TGK diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 4

5 DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Skema Sederhana Tangki Pengaduk Gambar 2. Jenis Pengaduk (a) propeller, (b) turbine, (c) paddle Gambar 3. Diagram Alir Percobaan Pendahuluan Gambar 4. Diagram Alir Percobaan Utama TGK diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 5

6 BAB I PENDAHULUAN Pengadukan adalah operasi yang menciptakan gerakan dari bahan-bahan yang diaduk, umumnya dilakukan untuk mencampur dan mendispersikan bahan. Bahan yang diaduk bisa berupa dua cairan yang saling melarut, padatan dalam cairan, gas dalam cairan dalam bentuk gelembung. Pengadukan juga dapat dilakukan untuk mempercepat perpindahan panas, contohnya pada pemanasan fluida dengan koil dan/atau jaket pemanas. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pengadukan dan pencampuran antara lain konfigurasi tangki, jenis dan geometri pengaduk, posisi sumbu pengaduk, kecepatan putaran pengaduk, dan sifat fisik fluida yang diaduk. Jenis dan geometri pengaduk erat kaitannya dengan pola aliran pengadukan yang terjadi. Pencampuran dalam tangki terjadi karena adanya gerak rotasi dari pengaduk dalam fluida. Gerak pengaduk ini memotong fluida tersebut dan dapat menimbulkan arus eddy yang bergerak, menciptakan aliran di seluruh bagian fluida. Pemilihan jenis dan geometri pengaduk dilakukan berdasarkan sifat fisik fluida, terutama viskositas. Selain jenis dan geometri pengaduk, kecepatan pengadukan juga mempengaruhi pola aliran melingkar. Kecepatan yang terlalu tinggi dapat mengakibatkan pusaran atau biasa disebut vorteks. Vorteks ini tidak diharapkan dalam pengadukan karena menyebabkan penurunan kualitas pengadukan, masuknya udara ke dalam fluida, dan tumpahnya fluida akibat kenaikan permukaan fluida. TGK diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 6

7 BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN Tujuan percobaan modul tangki berpengaduk adalah: 1. Mempelajari proses pencampuran komponen dalam fluida yang diselenggarakan pada sistem tangki berpengaduk. 2. Mengidentifikasi faktor faktor yang mempengaruhi efektivitas pencampuran. Sasaran percobaan ini adalah praktikan mampu: 1. Menurunkan korelasi waktu pencampuran dengan kecepatan putaran melalui analisis bilangan tak berdimensi. 2. Menurunkan korelasi waktu pencampuran dengan kecepatan putaran dan waktu melalui analisis bilangan tak berdimensi. 3. Melaksanakan observasi visual pola aliran dan memberikan analisis terhadap pola aliran yang terjadi. 4. Menentukan kondisi optimum pencampuran. TGK diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 7

8 BAB III RANCANGAN PERCOBAAN Diagram skematik rangkaian sistem tangki berpengaduk yang digunakan untuk percobaan ini dapat dilihat pada Gambar 1. Jenis pengaduk terdiri dari 3, dapat dilihat pada Gambar 2. Keterangan gambar C = tinggi pengaduk dari dasar tangki D = diameter sudu pengaduk D t H J W = diameter tangki = tinggi fluida dalam tangki = lebar baffle = lebar sudu pengaduk Gambar 1. Skema Sederhana Tangki Pengaduk Gambar 2. Jenis Pengaduk (a) propeller, (b) turbine, (c) paddle TGK diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 8

9 Alat-alat yang dibutuhkan untuk praktikum ini adalah: 1. Set alat tangki berpengaduk 6. Voltmeter 2. Stopwatch 7. Multimeter sebagai amperemeter 3. Viskometer 8. Pipet 4. Piknometer 25 ml 9. Impeller 5. Gelas ukur Daftar bahan yang dibutuhkan untuk melaksanakan praktikum ini adalah: 1. Air keran 2. Aqua DM 3. Butiran padat yang tidak larut dalam air 4. Pewarna Variasi yang dilakukan pada percobaan ini adalah: 1. Kecepatan putaran pengaduk 2. Jenis dan ukuran pengaduk, yaitu propeller, turbin, dan paddle. 3. Posisi impeller yaitu center dan off-center. 4. Penggunaan baffle. 5. Ketinggian impeller TGK diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 9

10 BAB IV PROSEDUR KERJA Percobaan modul pengadukan ini terdiri dari 2 bagian yaitu percobaan pendahuluan dan percobaan utama. Diagram alir percobaan tangki berpengaduk terdapat dalam Gambar 3 dan 4. Percobaan pendahuluan dilakukan untuk mengukur sifat fisik cairan dalam tangki berpengaduk, yaitu densitas dan viskositas. Pengukuran densitas cairan dilakukan dengan piknometer, sedangkan penentuan viskositas dilakukan dengan viskometer Ostwald. Kedua alat tersebut dipilih karena sederhana dan memberikan hasil yang cukup akurat untuk cairan yang encer. Percobaan utama dilakukan untuk mengamati mixing time, yaitu waktu yang dibutuhkan untuk mencapai keseragaman komponen fluida di dalam tangki. Mixing time ini dianalisa dengan pengamatan kehomogenan warna. Variasi kecepatan pengadukan dilakukan dengan speed regulator (tetapi kecepatan tercatat adalah yang tertera dalam speed display). Daya yang diperlukan untuk pengadukan dapat dihitung dengan mengukur tegangan dan arus yang digunakan oleh motor pengaduk. Pengukuran tegangan dan arus ini dilakukan dengan menggunakan amperemeter dan voltmeter yang terpasang pada pengaduk. Setelah mengukur mixing time, percobaan adalah pengamatan pola aliran. Pengamatan dilakukan dengan mengamati pergerakan butiran di dalam fluida saat pengadukan berlangsung. TGK diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 10

11 Pengukuran temperatur fluida dengan termometer Penentuan densitas fluida dengan piknometer Penentuan viskositas fluida dengan viskometer Ostwald Gambar 3. Diagram Alir Percobaan Pendahuluan Persiapan alat dan bahan Impeller dipasangkan pada sumbu pengaduk. Sumbu pengaduk dipasangkan ke motor pengaduk. Sambungkan ke listrik dan dinyalakan. Kecepatan pengaduk diatur sesuai variasi yang direncanakan Pembacaan arus awal (Io) dan tegangan awal (Vo) Air keran dimasukkan ke dalam tangki sesuai volume yang ditetapkan. Pewarna dimasukkan sesuai volume yang ditetapkan. Waktu pencampuran hingga homogen dicatat. Pembacaan arus akhir (I) dan tegangan akhir (V) Butiran padat dimasukkan untuk pengamatan pola aliran. Pola aliran kemudian digambar dan atau direkam. Rangkaian percobaan di atas diulang untuk variasi jenis pengaduk, kecepatan pengaduk, posisi sumbu, dan penggunaan baffle. Gambar 4. Diagram Alir Percobaan Utama TGK diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 11

12 DAFTAR PUSTAKA 1. Mc Cabe, W.L., Unit Operation of Chemical Engineering, 3rd Edition, McGraw-Hill Book Co., New York, Perry, R., Green, D.W., and Maloney, J.O., Perry s Chemical Engineers Handbook, 6th Edition, McGraw-Hill, Japan, Brodley, and Hershey, Transport Phenomena: A Unified Approach, McGaw-Hill Book Co., New York, 1988, Chapter: Application of Mixing 4. Moo-Young et al., The Blending Efficiencies of Some Impellers in Batch Mixing, AIChEJ, 18 (1), 1972, pp Tatterson, and Gary, B., Fluid Mixing and Gas Dispersion in Agitated Tanks, McGraw- Hill Book Co., New York, 1991, Chapter 1,2, and 4 TGK diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 12

13 LAMPIRAN A TABEL DATA MENTAH A.1. Penentuan Densitas dan Viskositas Air Keran Tabel 1. Data Penentuan Densitas dan Viskositas Air Keran Pengulangan I II Temperatur aqua dm ( o C) Massa piknometer kosong (g) Massa piknometer + aqua dm (g) Massa piknometer + air keran (g) Waktu retensi aqua dm (s) Waktu retensi air keran (s) A.2. Konfigurasi Alat Karakteristik Diameter Tinggi Tangki Jumlah Baffle Lebar Baffle Tebal Baffle Panjang Baffle Tabel 2. Dimensi Tangki Berpengaduk Nilai Tabel 3. Data Karakteristik Pengaduk Jenis Turbin Paddle Propeller Diameter Jumlah daun Lebar daun Panjang daun Tebal daun TGK diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 13

14 A.3. Percobaan Utama Tabel 4. Data Percobaan Utama Jenis Pengaduk : Posisi pengaduk : Baffle/non-baffle : N (rpm) Vo (volt) Io (ma) Vo (volt) Io (ma) Waktu (s) A.4. Observasi Pola Aliran Jenis Pengaduk : Tabel 5. Gambar Observasi Pola Aliran Kecepatan Tinggi (...rpm) Kecepatan rendah (...rpm) Baffle Centre Off-centre Non-baffle Centre Off-centre TGK diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 14

15 LAMPIRAN B PROSEDUR PERHITUNGAN B.1. Penentuan Densitas dan Viskositas (1) (2) B.2. Analisis Bilangan Tidak Berdimensi 1. Bilangan Reynolds Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang menyatakan perbandingan antara gaya inersia dan gaya viskos. Untuk sistem dengan pengadukan, bilangan Reynold (Re) dinyatakan sebagai: dengan ρ = densitas fluida, μ = viskositas fluida, dan D = diameter pengaduk. (3) Terdapat 3 jenis rejim aliran dalam sistem pengadukan, yaitu laminar, transisi dan turbulen. Rejim aliran laminar diperoleh pada bilangan Reynolds 10, sedangkan turbulen terjadi pada bilangan Reynolds di atas 104 [Broadkey, 1988]. 2. Bilangan Fraude Bilangan Fraude (Fr) menunjukkan perbandingan antara gaya inersia dengan gaya gravitasi, dinyatakan sebagai: (4) TGK diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 15

16 dengan Fr = bilangan Fraude, N = kecepatan putaran pengaduk, D = diameter pengaduk, dan g = percepatan gravitasi Bilangan Fraude terutama diperhitungkan pada sistem pengadukan tanpa baffled. Pada sistem ini, bentuk permukaan cairan dalam tangki dipengaruhi gravitasi, dapat menyebabkan terbentuknya vorteks. Vorteks menunjukkan keseimbangan antara gaya gravitasi dengan gaya inersia. 3. Bilangan Power Bilangan Power (Po) menunjukkan perbandingan antara daya yang dihasilkan aliran dengan gaya inersianya. Perubahan tekanan akibat distribusi aliran pada permukaan pengaduk dapat diintegrasikan menghasilkan torsi total dan kecepatan pengaduk. Bilangan power dinyatakan sebagai: (5) dengan Po = bilangan Power, N = kecepatan putaran pengaduk, dan ρ = densitas fluida. Daya yang digunakan adalah daya efektif, yaitu: P eff = V.I Vo.Io (6) Korelasi antara bilangan Power dengan Reynold dan Fraude dinyatakan dalam persamaanpersamaan berikut: Untuk sistem tanpa baffle : Po = a Re b Fr c Untuk sistem dengan baffle : Po = a Re b dengan a, b, c = konstanta eksperimental. Persamaan tersebut dapat dilinearkan dengan logaritma natural sehingga memudahkan perhitungan. B.3. Pembuatan Grafik Kurva korelasi waktu pencampuran dan aliran pengadukan dibuat dengan mengalurkan data ln (N.t) terhadap ln (NRe). Kurva korelasi kebutuhan daya terhadap aliran pengadukan merupakan aluran ln (NPo) terhadap ln(nre), sedangkan kondisi optimum merupakan titik potong antara grafik N terhadap t dan P terhadap t. TGK diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 16

17 LAMPIRAN C DATA LITERATUR C.1. Data Densitas Air pada Berbagai Temperatur Sumber: Perry s Chemical Engineers Handbook TGK diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 17

18 Lembar Kendali Keselamatan Kerja dan MSDS Laboratorium Instruksional Modul Percobaan TGK Tangki Berpengaduk Nama Bahan Fluida berviskositas rendah Sifat Bahan Air Titik leleh 0 C Titik didih 100 C Pelarut yang baik Viskositas (0,86 cp pada 26 C) Cair tak berwarna, tak berbau Pelarut polar Bahaya dantindakan Penanggulangan Penanganan umum bahan praktikum Kecelakaan yang mungkin terjadi Air tumpah Kontak arus pendek pada peralatan yang menggunakan listrik. Penanggulangan Dibersihkan menggunakan kain pel. Segera matikan alat, putuskan hubungan listrik. Perlengkapan keselamatan kerja Jaslab Google Tahapan Percobaan Persiapan Alat dan Bahan Pastikan sumber listrik terpasang dengan baik pada motor pengaduk dan motor pengaduk terpasang baik pada batang penyangga. Percobaan Pastikan kembali batang pengaduk terpasang baik ketika mengganti jenis batang pengaduk. Pastikan roda rak percobaan dalam keadaan terkunci Pasca Percobaan Putuskan semua hubungan arus pada alat yang memakai listrik Matikan multimeter TGK diperbaharui 19/1/2016 oleh PW 18