Mekflud - Kelompok 02 - Sistem Agitasi & Standar Dimensi Tangki.docx

SISTEM AGITASI & STANDAR DIMENSI TANGKI

Dosen Pengampu : Rizka Amalia, S.T., M.T.,

Disusun oleh : Vania Gita

(21030116060041)

Yoshes Steffano Febripradantya

(40040117060074)

Failasofa Kandiawan

(40040117060075)

Novia Rahma

(40040117060076)

Erin Eriyanti Agustin

(40040117060080)

Henitiya Widyastiti

(40040117060081)

Muhammad Ihqbal

(40040117060082)

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI SEKOLAH VOKASI UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2018

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penyusunan makalah dengan Judul : “SISTEM AGITASI & STANDAR DIMENSI TANGKI” dapat terselesaikan tepat pada waktunya. Adapun tujuan dari penyusunan makalah ini adalah sebagai tugas mata kuliah Bioteknologi. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa penyusunan makalah ini masih jauh dari kesempurnaan secara ilmuan, sehingga penulis terbuka dan lapang hati sekiranya terdapat substansi didalam makalah ini yang dikoreksi demi kesempurnaan makalah ini. Dalam kesempatan ini, tak lupa penulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada : 1. Teman satu kelompok yang telah bekerjasama dalam penyusunan makalah ini. 2. Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu. Semoga Tuhan Yang Maha Esa berkenan melimpahkan rahmat-Nya kepada semua pihak diatas yang telah membantu banyak hal kepada penulis demi kelancaran studi, dan penyusunan makalah ini. Akhir kata, semoga sepercik pemikiran dalam makalah ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak dan pengembangan ilmu pengetahuan.

Semarang,

Oktober 2018

Penulis

2

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR.............................................................................................................2 DAFTAR ISI...........................................................................................................................3 BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang...........................................................................................................4 I.2 Rumusan Masalah......................................................................................................4 I.3 Tujuan........................................................................................................................4 BAB II PEMBAHASAN II.1 Definisi Operasional dan Sejarah Agitasi................................................................6 II.2 Jenis-Jenis Pengaduk...............................................................................................6 II.3 Gambar Alat dan Prinsip Kerja Peralatan Agitasi....................................................9 II.4 Mekanisme dan Cara Kerja Peralatan Agitasi........................................................13 II.5 Menentukan Daya Pengadukan pada Agitator.......................................................15 II.6 Fungsi Agitasi dalam Industri Kimia......................................................................16 II.7 Variabel Perancangan.............................................................................................16 II.8 Contoh Soal Penerapan Agitasi dalam Industri Kimia..........................................22 BAB III PENUTUP III.1 Kesimpulan............................................................................................................27 III.2 Saran......................................................................................................................27 DAFTAR PUSTAKA............................................................................................................28

3

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Keberhasilan suatu proses pengolahan sering bergantung pada efektifnya pengadukan dan pencampuran zat cair dalam proses itu. Pengadukan (agitation) menunjukkan gerakan yang terinduksi menurut cara tertentu pada suatu bahan di dalam bejana, di mana gerakan itu biasanya mempunyai semacam pola sirkulasi. Pencampuran (mixing) adalah peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara acak, dimana bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain dan sebaliknya, sedangkan bahan-bahan itu sebelumnya terpisah dalam dua fasa atau lebih. Suatu bahan tunggal tertentu, umpama air satu tangki, dapat diaduk, tetapi tidak dapat dicampur. Kecuali jika ada satu bahan lain yang ditambahkan ke dalam tangki yang berisi air itu (Maulana, 2010). I.2 Rumusan Masalah 1.

Apa definisi operasional dan sejarah agitasi?

2.

Apa saja jenis-jenis pengaduk?

3.

Bagaimana gambar alat dan prinsip kerja peralatan agitasi?

4.

Bagaimana mekanisme dan cara kerja peralatan agitasi?

5.

Bagaimana menentukan daya pengadukan pada agitator?

6.

Apa saja fungsi agitasi dalam industri kimia?

7.

Apa saja variabel perancangan agitasi?

8.

Bagaimana contoh soal penerapan agitasi dalam industri kimia?

I.3 Tujuan 1. Mahasiswa dapat mengetahui definisi operasional dan sejarah agitasi. 2. Mahasiswa dapat mengetahui jenis-jenis pengaduk. 3. Mahasiswa dapat mengetahui gambar alat dan prinsip kerja peralatan agitasi. 4. Mahasiswa dapat mengetahui mekanisme dan cara kerja peralatan agitasi. 5. Mahasiswa dapat mengetahui cara menentukan daya pengadukan pada agitator. 6. Mahasiswa dapat mengetahui fungsi agitasi dalam industri kimia. 7. Mahasiswa dapat variabel perancangan agitasi. 8. Mahasiswa dapat mengetahui mengetahui contoh soal penerapan agitasi dalam industri 4

BAB II PEMBAHASAN II.1 Definisi Operasional dan Sejarah Agitasi Agitasi atau pengadukan dimaksudkan untuk memperoleh turbulensi di dalam cairan (Abuzar, 2012). Secara operasional agitasi adalah proses penggoyangan ataupun pemutaran yang bertujuan supaya cairan di dalam tangki tercampur atau teraduk sampai homogen setelah beberapa lama didiamkan untuk dapat bereaksi dengan emulsi film. Sejak bertahun-tahun yang lalu agitasi atau pengadukan sudah dilakukan secara manual. Seiring meningkatnya teknologi, dibentuklah suatu alat agitator atau alat pengaduk. Tujuan dibuatnya alat tersebut adalah untuk meringankan pekerjaan manusia jika kapasitas produksinya cukup besar. Agitasi banyak ditemui dalam kehidupan sehari-hari dari mulai agitasi dengan cara konvensional yaitu dengan batang pengaduk, ataupun cara modern seperti penggunaan mixer untuk memasak. Agitasi juga sangat umum digunakan di berbagai industri salah satunya industri kimia. Turbin Kaplan adalah Turbin Air, jenis baling baling, yang memiliki pisau atau sirip, yang dapat disesuaikan. Turbin ini dikembangkan pada tahun 1913 oleh Profesor Austria Viktor Kaplan, yang dikombinasikan bilah baling-baling otomatis yang dapat disesuaikan, dengan gerbang gawang otomatis yang juga dapat disesuaikan, untuk dapat mencapai efisiensi melalui berbagai tingkat aliran dan air. Turbin Kaplan merupakan Evolusi dari Turbin Francis. Penemuan yang memungkinkan produksi listrik yang efisien di negara tertentu, yang memiliki head yang relatif rendah, yang tidak mungkin diterapkan untuk Turbin Francis. Head Kaplan berkisar 10 - 70 meter dan Output Daya 5-120 MW. Diameter Runner adalah antara 2 dan 8 meter. Kecepatan putar Runner turbin adalah 79-429 rpm. Turbin Kaplan saat ini sudah banyak digunakan di seluruh dunia dalam High Flow, Low Head. (Walas, 1988) II.2 Jenis-Jenis Pengaduk Peralatan mekanik yang telah digunakan untuk agitasi sangat bervariasi, mulai dari pengocok telur hingga penggiling berkecepatan tinggi untuk pabrik koloid. Berikut adalah jenis-jenis peralatan agitasi yang digunakan saat ini (Brown, 1958).

5

a. Macam pengaduk berdasarkan jenis aliran Ada dua macam jenis daun pengaduk (impeler) berdasarkan jenis aliran yaitu impeler aliran aksial dan impeler aliran radial. Impeler aliran aksial yaitu membangkitkan arus yang sejajar dengan sumbu impeler. Sedangkan, impeler aliran radial yaitu membangkitan arus yang arahnya radial atau tangensial (Ikhsan, 2002).

Gambar 1. Pola aliran berdasarkan pengaduk b. Macam pengaduk berdasarkan bentuk  Rotating Impeller Berdasarkan bentuknya, ada tiga jenis impeller yang utama yaitu : 

Dayung (paddle) Daun pengaduk jenis dayung adalah model yang paling sederhana, biasanya terdiri dari satu dayung datar yang berputar pada poror vertikal dengan kecepatan rendah sampai sedang. Perputaran dayung mendorong zat cair secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya gerakan vertikal (aksial) kecuali bila dayungnya

dipasang agak miring.  Propeler Propeler merupakan impeler aliran aksial berkecepatan tinggi untuk zat cair dengan viskositas rendah. Jenis propeler yang paling banyak dipakai adalah propeler kapal (marine propeler) berdaun tiga dan berjarak-bagi bujur sangkar, sedang propeler berdaun empat, bergigi atau dengan rancangan lain biasanya digunakan untuk tujuan khusus.  Turbin Kebanyakan turbin menyerupai agitator dayung berdaun banyak dengan daunnya 6

yang agak pendek dan berputar pada kecepatan tinggi. Daun-daunnya ada yang lurus, melengkung, dipasang secara vertikal atau bersudut, biasanya berdiameter lebih kecil dibanding dayung, berkisar antara 30-50% dari diameter bejana. Turbin biasanya efektif untuk jangkauan viskositas yang cukup luas. Arus utama bersifat radial dan tangensial yang akan menimbulkan efek vorteks dan arus putar, yang bisa dicegah dengan memasang sekat atau difuser.

Gambar 2.1 Bentuk-Bentuk Pengaduk (a) Pengaduk paddle (b) Pengaduk propeller (c) Pengaduk turbine c. Macam pengaduk berdasarkan penggunaannya  Tree-blades/marine impeller digunakan untuk pencampuran dengan bahan dengan viscositas rendah dengan putaran yang tinggi.  Turbine with flat vertical blades impeller digunakan untuk cairan kental dengan viscositas tinggi.  Horizontal plate impeller digunakan untuk zat berserat dengan sedikit terjadinya pemotongan  Turbine with blades are inclined impeller paling cocok digunakan untuk tangki yang dilengkapi jaket pemanas  Curve bade Turbines impeller efektif untuk bahan berserat tanpa pemotongan dengan viskositas rendah  Flate plate impeller digunakan untuk pencampuran emulsi  Cage beaters impart impeller cocok digunakan untuk pemotongan dan penyobekan  Anchore paddle impeller digunakan campuran dengan viscositas sangat tinggi berupa pasta Letak impeller untuk tangki dengan menggunakan buffle biasanya di tengah/center, karena pola turbulensi yang dikehendaki akan terbentuk dengan adanya buffle. Untuk tangki tanpa menggunakan baffle letak pengaduk sangat mempengaruhi pola aliran yang dihasilkan. Biasanya untuk menghindari adanya vortek aliran fluida

7

karena pengadukan tangki tanpa baffle meletakkan pengaduk tidak tepat ditengah/tidak senter dengan tangki. (Geankoplis, 1997) II.3 Gambar Alat dan Prinsip Kerja Peralatan Agitasi

Gambar 2.2 Alat Agitasi Pemilihan pengaduk yang tepat menjadi salah satu faktor penting dalam menghasilkan proses dan pencampuran yang efektif. Pengaduk jenis baling-baling (propeller) dengan aliran aksial dan pengaduk jenis turbin dengan aliran radial menjadi pilihan yang lazim dalam pengadukan dan pencampuran. Dimana terdapat hal penting yang harus diperhatikan dari tangki berpengaduk dalam penggunaannya diantaranya seperti bentuk dan ukuran tangki, baffle yang mempengaruhi aliran dalam tangki, selain itu terdapat saluran inlet yaitu lubang untuk pemasukannya dan outlet untuk pembuangan sludge pada bagian bawah [6]. Begitu juga dengan pengaduk yang digunakan atau yang disebut sebagai agitator umumnya terdiri dari rangkaian motor sebagai penggerak padel dan propeller atau blade, yang disesuaikan dengan jenis limbah atau bahan organik yang digunakan. Untuk bioreaktor yang berukuran kecil, agitator dengan dengan satu blade saja sudah cukup yang diletakkan di bagian dasar tangki. Perlu diingat dalam hal ini pengadukan berfungsi untuk mengurangi pengendapan, karena limbah yang berdiam diri dalam bioreaktor dengan waktu yang cukup lama akan terjadi pengendapan. Secara sederhana motor yang merupakan alat mekanik berfungsi untuk memutar suatu poros yang dihubungkan dengan beban. Adapun motor DC memiliki arus searah yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Prinsip kerja dari motor DC ini terdapat arus yang melewati konduktor dalam medan magnet untuk menggerakkan medan magnet. Sehingga dalam hal ini medan magnet memiliki dua sisi 8

yang kuat dan menyebabkan bias berputar berlawanan dengan arah jarum jam. Hal ini bias dianggap menguntungka karena pada saat elekron negative menuju ke positif akan muncul torsi yang menyebabkan putaran motor bisa berlawanan atau memiliki 2 arah putaran. Secara umum, terdapat tiga jenis pengaduk yang biasa digunakan, yaitu pengaduk dayung (paddle), pengaduk baling–baling (propeller), pengaduk turbin (turbine). 1. Pengaduk Dayung (Paddle)

Gambar 2.3 Bentuk-Bentuk Pengaduk Dayung Prinsip Kerja : Berbagai jenis pengaduk dayung biasanya digunakan pada kecepatan rendah diantaranya 20 hingga 200 rpm. Dayung datar berdaun dua atau empat biasa digunakan dalam sebuah proses pengadukan. Panjang total dari pengadukan dayung biasanya 60 - 80% dari diameter tangki dan lebar dari daunnya 1/6 - 1/10 dari panjangnya. Pengaduk dayung menjadi tidak efektif untuk suspensi padatan, karena aliran radial bisa terbentuk namun aliran aksial dan vertikal menjadi kecil. Sebuah dayung jangkar atau pagar, biasa digunakan dalam pengadukan. Jenis ini menyapu dan mengeruk dinding tangki dan kadang-kadang bagian bawah tangki. Jenis ini digunakan pada cairan kental dimana endapan pada dinding dapat terbentuk dan juga digunakan untuk meningkatkan transfer panas dari dan ke dinding tangki. Bagaimanapun jenis ini adalah pencampuran yang buruk. Pengaduk dayung sering digunakan untuk proses pembuatan pasn kanji, cat, bahan perekat dan kosmetik. 2. Pengaduk jenis baling-baling (Propeller)

Gambar 2.4 Pengaduk jenis baling-baling 9

Colloid Mill, Homogenizer, dan Mixing Jet Prinsip Kerja : Baling-baling ini digunakan pada kecepatan berkisar antara 400 hingga 1750 rpm (revolutions per minute) dan digunakan untuk cairan dengan viskositas rendah 3. Pengaduk Turbin

Gambar 2.5 Bentuk-Bentuk Pengaduk Turbin Pengaduk turbin adalah pengaduk dayung yang memiliki banyak daun pengaduk dan berukuran lebih pendek, digunakan pada kecepatan tinggi untuk cairan dengan rentang kekentalan yang sangat luas. Diameter dari sebuah turbin biasanya antara 30 - 50% dari diameter tangki. Turbin biasanya memiliki empat atau enam daun pengaduk. Turbin dengan daun yang datar memberikan aliran yang radial. Jenis ini juga berguna untuk dispersi gas yang baik, gas akan dialirkan dari bagian bawah pengadukdan akan menuju ke bagian daun pengaduk lalu tepotong-potong menjadi gelembung gas. Pada turbin dengan daun yang dibuat miring sebesar 45 o, beberapa aliran aksial akan terbentuk sehingga sebuah kombinasi dari aliran aksial dan radial akan terbentuk. Jenis ini berguna dalam suspensi padatan kerena aliran langsung ke bawah dan akan menyapu padatan ke atas. Terkadang sebuah turbin dengan hanya empat daun miring digunakan dalam suspensi padat. Pengaduk dengan aliran aksial menghasilkan pergerakan fluida yang lebih besar dan pencampuran per satuan daya dan sangat berguna dalam suspensi padatan. Peralatan mekanik yang digunakan dalam agitasi ada bermacam-macam, mulai dari egg beater hingga colloid mill berkecepatan tinggi. Di bawah ini merupakan tipe agitator yang sering digunakan. (Walas, 1988) a. Rotating impellers

10

Impeller memiliki bentuk dan ukuran yang berbeda-beda.Impeler ini berputar pada porosnya dan dimasukkan ke dalam tangki.Bentuk dari nergy o ini ada yang silindris, kerucut, hemispherical, atau rectangular.Impeller ner dipasang pada poros yang berputar kemudian masuk ke tangki, ada pula yang dipasang dalam tangki yaitu di bagian bawah.Terkadang, ada dua impeller yang arah perputarannya berlawanan dan ada juga yang menyentuh dinding tangki. Dalam perancangan tangki, sering ditambahkan baffle, draft tube, cincin nergy or, atau pendingin dan pemanas yang berfungsi untuk mengarahkan fluida keluar dari impeller. Impeller biasanya terbuat dari baja (Brown, 1978).

Gambar 2.6. Rotating impeller pada pompa sentrifugal b. Circulation pump systems Tangki ner saja terhubung dengan pompa untuk memindahkan fluida dari satu tempat ke tempat lain, sehingga membutuhkan sirkulasi pada tangki. Pompa sentrifugal adalah agitator yang baik pada nergy aliran kontinyu. Jika ada dua umpan yang dimasukkan ke pompa, maka kedua umpan tersebut akan tercampur dengan baik (Brown, 1978). c. Reciprocating paddles Paddles (dayung) atau blade (mata pisau) ini digerakkan ke belakang dan selanjutnya melewati tangki rectangular (Brown, 1978). d. Revolving tanks or pans Semua pan akan berputar selama mata pisau atau baffle tetap stasioner. Biasanya digunakan pada pencampuran bahan material yang bersifat sangat pasta (Brown, 1978). e. Colloid mill, homogenizer, dan mixing jets 11

Pada colloid mill, fluida diumpankan ke bagian antara rotor dan casingnya dimana jaraknya kurang lebih 0,001 inchi.Homogenizer digunakan untuk mengompresi fluida sehingga bertekanan tinggi dan dapat keluar dari pipa dengan kecepatan tinggi.Sedangkan, mixing jets berguna pada pencampuran kontinyu dari dua stream dan mengoperasikan keluaran dari dua nozzle sehingga bercampur di pusat pipa, yang akhirnya menghasilkan produk (Brown, 1978).

(a)

(b)

(c)

Gambar 2.7. (a) Colloid mill, (b) homogenizer, (c) mixing jets f. Tangki pencampuran Sebuah tangki pencampuran sederhana memiliki beberapa energi yang mempengaruhi jumlah energi yang diperlukan untuk tercapainya jumlah agitasi yang diperlukan atau kualitas mixing yaitu:  Dimensi vessel yang mengandung cairan  Dimensi serta pengaturan impeller, baffle dan lainnya.

Gambar 2.8. Tangki berpengaduk Alat pencampur fasa padat ke fasa cair jenis ini digunakan untuk memperoleh campuran dengan viskositas rendah, biasanya berupa tangki pencampur beserta perlengkapannya. Dimensi tangki/vessels, jenis pengaduk/impeller, kecepatan putar 12

pengaduk, jenis pengaduk, jumlah penyekat/buffle, letak impeller beserta dimensinya bergantung dari kapasitas dan jenis dari bahan yang dicampurkan. Berikut ini adalah bagian-bagian pada alat pencampur. 1. Tangki/vessel merupakan wadah untuk pencampuran berbentuk silinder dengan bagian bawah melengkung atau datar 2. Penyekat atau baffles, berbentuk batang yang diletakkan dipinggir tangki berguna untuk menghindari vortex dan digunakkan untuk mempolakan aliran menjadi turbulen. 3. Pengaduk/impeller, digunakan untuk mengaduk campuran, jenis dari impeller beragam disesuaikan pada sifat dari zat yang akan dicampurkan. (Geankoplis, 1997) II.4 Mekanisme dan Cara Kerja Peralatan Agitasi Agitator adalah sebuah bagian dari tangki yang berfungsi sebagai pengaduk. Prinsip kerja dari agitator ini sama seperti mixer pada umumnya yaitu mengaduk cairan produk dalam tangki dengan blade agitator sebagai pendorong produk yang akan diaduk. Jenis agitator :

Gambar 2.9 Bentuk-Bentuk Pengaduk (a) Pengaduk paddle (b) Pengaduk propeller (c) Pengaduk turbine 1. Paddle Paddle yang digunakan di Industri biasanya berputar dengan kecepatan antara 20-50 rpm. Panjang total impeller paddle biasanya antara 50-80% dari diameter dalam bejana. Lebar daunnya 1/4 - 1/10 panjangnya. Pengaduk jenis ini sering memegang peranan penting pada proses pencampuran dalam industri. Bentuk pengaduk ini memiliki minimum 2 sudut, horizontal atau vertical, dengan nilai D/T yang tinggi. Paddle digunakan pada aliran fluida laminar, transisi atau turbulen tanpa baffle. 13

Pengaduk padel menimbulkan aliran arah radial dan tangensial dan hampir tanpa gerak vertikal sama sekali. Arus yang bergerak ke arah horizontal setelah mencapai dinding akan dibelokkan ke atas atau ke bawah. Bila digunakan pada kecepatan tinggi akan terjadi pusaran saja tanpa terjadi agitasi. (Iksan, 2002) 2. Propeller Propeller merupakan impeller aliran aksial berkecepatan tinggi untuk cairan berviskositas rendah. Propeller kecil biasanya berputar pada kecepatan penuh, yaitu 1150/1750 rpm, sedangkan propeller besar berputar pada 400-800 rpm. Pengaduk ini dapat digunakan untuk cairan yang memiliki viskositas rendah dan tidak bergantung pada ukuran serta bentuk tangki. Kapasitas sirkulasi yang dihasilkan besar dan sensitif terhadap beban head. Dalam perancangan propeller, luas sudut biasa dinyatakan dalam perbandingan luas area yang terbentuk dengan luas daerah disk. Pengaduk propeler menimbulkan aliran arah aksial, arus aliran meninggalkan pengaduk secara kontinu melewati fluida ke satu arah tertentu sampai dibelokkan oleh dinding atau dasar tangki. Kolom zat cair yang berputar dengan sangat turbulennya itu meninggalkan impeller dengan membawa ikut zat cair. Agitator propeller sangat efektif dalam bejana besar. 3. Turbine Turbine menyerupai agitator dayung berdaun banyak dengan daun-daunnya yang agak pendek dan berputar pada kecepatan tinggi pada suatu poros yang dipasang di pusat bejana. Daun-daunnya boleh lurus dan boleh pula lengkung, boleh bersudut dan boleh pula vertikal. Impellernnya biasanya lebih kecil dari diameter dayung yaitu berkisar antara 30-50 % dari impeller bejana. Pengaduk jenis ini digunakan pada viskositas fluida rendah seperti halnya pengaduk jenis propeller. Pada cair viscositas rendah, Turbin itu menimbulkan arus yang sangat deras yang berlangsung di keseluruhan bejana, mencapai kantong-kantong yang stagnan dan merusaknya. Pengaduk turbin menimbulkan aliran arah radial dan tengensial. Di sekitar turbin terjadi daerah turbulensi yang kuat, arus dan geseran yang kuat antar fluida. Salah satu jenis pengaduk turbine adalah pitched blade. Pengaduk jenis ini memiliki sudut-sudut konstan. Aliran terjadi pada arah aksial, meski demikian terdapat pule aliran pada arah radial. Aliran ini akan mendominasi jika sudu berada dekat dengan 14

dasar tangki. II.5 Standar Dimensi Tangki Para perancang bejana aduk biasanya mempunyai pilihan yang luas mengenai jenis impeller yang akan dipakai dan oenemoatannya. Demikian pula mengenai perbandingan ukuran-ukuran bejana, jumlah dan perbandingan sekat, dan sebagainya. Setiap keputusan mengenai pilihan itu berpengaruh langsung pada laju sirkulasi zat cair, pola kecepatan, dan daya yang digunakan. Sebagai titik tolak bagi racangan dalam soalsoal pengadukan, dapat digunakan agitator turbin seperti dilihat pada gambar dibawah:

Sekat biasanya ada 4 buah, jumlah daun impeller berkisar 4 sampai 16. Tetapi biasanya 6 atau 8. Tetapi, dalam situasi tertentu mungkin diperlukan proporsi yang lain dari yang disebutkan diatas; umpannya, bila diperlukan menggunakan Agitator agal tinggi atau agak rendah didalam tangki, atau bila diperlukan menggunakan tangki yang agak dalam untuk mendapatkan hasil proses yang diinginkan. Namun demikian, ukuran ukuran “standart” yang didaftarkan banyak digunakan dan dijadikan dasar untuk memperbandingkan unjuk kerja agitator dalam berbagai publikasi

Agar bjana proses bekerja efektif setiap masalah pengadukan yang dihadapi, ,volume fluida yang disirkulasikan oleh impeller harus ukup besar gar dapar menyapu keseluruhan bejana dalam waktu yang singkat. Demikian pula, kecepatan arus yang meninggalkan impeller itu harus cukup tinggi agar dapat mencapai semua sudut tangki. Dalam operasi pencampuran dan penyebaran (disperse), laju sirkulasi bukanlah 15

merupakan satu-satunya factor, dan bukan pula merupakan factor yang terpenting. Keturbulenan adalah akibat dari arus yang terarah baik serta gradient kecepatan yang cukup besar didalam zat cair. Sirkulasi dan pemangkitan keturbulenan, keduanya memerlukan energy. (Geankoplis, 1997) II. 6 Menentukan Daya Pengadukan pada Agitator Sesuai dengan (Geankoplis, 1997) pengaduk kebanyakan didesain sebagai berikut: Da : Dt = 1:3 W : Da = 1:8 C : Dt = 1 : 3 4 baffles : Dt/J = 10 Dimana, Da = diameter pengaduk Dt = Diameter mixer W = lebar daun pengaduk C = Jarak pengaduk dari dasar mixer Untuk menentukan aliran dari bahan yang diaduk maka dihitung dengan bilangan reynold :

(Geankoplis, 1997) Dimana : Da = Diameter agitator (m) N = Kecepatan rotasi (Rev/s) ρ = densitas fluida (kg/m3) μ = Viskositas fluida (Kg/m.s)

II.7 Fungsi Agitasi dalam Industri Kimia Fungsi utama agitasi dalam industri kimia adalah untuk homogenisasi, terutama komposisi maupun kalor. Fungsi lainnya yaitu (McCabe, 1993): 

 

Membuat suspensi dengan partikel zat padat. Misalkan untuk mengaduk campuran substrat dan sel serta meratakan nutrisi dalam medium dalam bioreaktor. Mendispersikan gas dalam zat cair dalam bentuk gelembung-gelembung kecil. Misalkan untuk aerasi. Untuk meramu zat cair yang mampu campur (miscible). 16

  

Mendispersikan zat cair yang tidak dapat bercampur dalam satu fase (immisicible) sehingga membentuk emulsi dalam butiran halus. Mempercepat perpindahan kalor antara zat cair dengan media pendingin atau pemanas. Mendorong terjadinya reaksi kimia dengan memperbanyak tumbukan.

II.8 Variabel Perancangan Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam proses agitasi adalah : a. Densitas fluida Densitas fluida merupakan hubungan antara massa fluida dan volume yang ditempatinya. Hubungan ini ditunjukkan oleh persamaan di bawah ini: m ρ= V Dengan ρ = densitas fluida m = massa fluida V = volume fluida Volume larutan dipengaruhi oleh komposisi dan temperature, sehingga densitas larutan secara tidak langsung juga dipengaruhi oleh komposisi dan temperatur. Volume larutan dapat diprediksi dengan menggunakan persamaan berikut: Vsol = nA VA + nB VB Dengan Vsol = volume larutan VA = volume molar komponen A VB = volume molar komponen B nA = jumlah mol komponen A nB = jumlah mol komponen B Hubungan antara volume molar dengan konsentrasi untuk tiap larutan dapat dinyatakan dalam bentuk

grafik. Untuk larutan ideal, kurva yang dihasilkan

berbentuk garis lurus. Lain halnya dengan larutan tidak ideal, kurva hubungan volume molar dan konsentrasi tidak linier (Tim Laboratorium Teknik Kimia ITB, 2012). b. Viskositas fluida Viskositas fluida merupakan indeks kelembaman cairan terhadap perubahan kecepatan. Viskositas larutan dipengaruhi oleh konsentrasi dan temperatur. Hubungan antar konsentrasi dengan

hubungan dapat digambarkan dalam suatu

grafik. Grafik tersebut spesifik untuk masing-masing larutan. Viskositas semua cairan dan

larutan akan turun seiring dengan kenaikan temperatur. Analisis

kuantitatif pertama kali mengenai hal ini dilakukan oleh Poiseuille. Dia menemukan bahwa viskositas air pada temperaturter tertentu dapat dihubungkan dengan 17

viskositas pada 0oC melalui persamaan empiris: η0 η= 1+ αT + β T 2 dengan α,β = konstanta Thrope dan Roger η = viskositas cairan pada temperature T η0 = viskositas air pada temperature 0oC (Tim Laboratorium, 2012) c. Jenis pengaduk Pengaduk dalam tangki memiliki fungsi sebagai pompa yang menghasilkan laju volumetric 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 hamper 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 system 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. (Tim Laboratorium, 2012) d. Kecepatan pengaduk Kecepatan pengaduk yang umumnya digunakan pada operasi industri kimia adalah sebagaiberikut.  Kecepatan tinggi, berkisar pada kecepatan 1750 rpm. Pengaduk denga kecepatan ini umumnya digunakan untuk fluida dengan viskositas rendah misalnya air.  Kecepatan sedang, berkisar pada kecepatan 1150 rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk larutan sirup kental dan minyak pernis. 18

 Kecepatan rendah, berkisar pada kecepatan 400 rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini, umumnya digunakan untuk minyak kental, lumpur dimana terdapat serat atau pada cairan dapat menimbulkan busa. Untuk menjamin keamanan proses, pengaduk dengan kecepatan lebih tinggi dari 400 rpm sebaiknya tidak digunakan untuk cairan dengan viskositas lebih besar dari200 cP, atau volume cairan lebih besar dari 2000 L. Pengaduk dengan kecepatan lebih besar dari 1150 rpm sebaiknya tidak digunakan untuk cairan dengan viskositas lebih besar dari 50 cP atau volume cairan lebih besar dari 500 L. Kecepatan pengaduk

ditentukan oleh viskositas fluida dan ukuran geometri system

pengadukan. (Tim Laboratorium, 2012) e. Jumlah pengaduk Jumlah pengaduk yang digunakan ditentukan oleh viskositas fluida, diameter pengaduk dan kedalaman fluida yang akan diaduk. Jumlah pengaduk yang umumnya digunakan adalah 1 atau 2 buah pengaduk. Panduan dalam menentukan jumlah pengaduk yang akan digunakan diperlihatkan pada tabel berikut. Tabel 1. Kriteria penentuan jumlah pengaduk Satu Pengaduk Fluida dengan viskositas rendah

Dua Pengaduk Fluida dengan viskositas sedang dan

Dapat menyapu dasar tangki Kecepatan balik aliran tinggi Ketinggian permukaan cairan

tinggi Untuk tangki yang dalam Gaya gesek aliran lebih besar Dapat meminimalkan ukuran

bervariasi

mounting nozzle (Tim Laboratorium Teknik Kimia ITB, 2012)

f. Laju dan waktu pencampuran (Rate & Time For Mixing) Waktu pencampuran (mixing time) adalah waktu yang dibutuhkan sehingga diperoleh keadaan yang serba sama untuk menghasilkan campuran atau produk dengan kualitas yang telah ditentukan. Sedangkan laju pencampuran (rate of mixing) adalah laju dimana proses pencampuran berlangsung

hingga mencapai kondisi

akhir. Pada operasi pencampuran dengan tangki pengaduk, waktu pencampuran ini dipengaruhi oleh beberapa hal: 1. Yang berkaitan dengan alat, seperti:  ada tidaknya baffle atau cruci form baffle 19

   

bentuk atau jenis pengaduk (turbin, propeler, paddle) ukuran pengaduk (diameter, tinggi) laju putaran pengaduk kedudukan pengaduk pada tangki, seperti:  jarak terhadap dasar tangki  pola pemasangannya: - center, vertikal - offcenter, vertikal - miring (inciclined) dari atas - horisontal

 jumlah daun pengaduk  jumlah pengaduk yang terpasang pada poros pengaduk 2. Yang berhubungan dengan cairan yang diaduk:  perbandingan kerapatan/densitas cairan yang diaduk  perbandingan viskositas cairan yang diaduk  jumlah kedua cairan yang diaduk  jenis cairan yang diaduk (miscible, immiscible) Untuk selanjutnya faktor-faktor tersebut dapat dijadikan variable yang dapat dimanipulasi untuk mengamati pengaruh setiap faktor terhadap karakteristik pengadukan, terutama terhadap waktu pencampuran. Beberapa teknik yang dapat digunakan untuk menentukan waktu dan laju pencampuran, antara lain: 1. menambahkan pewarna dan mengukur waktu yang dibutuhkan untuk mencapai keseragaman warna 2. menambahkan larutan garam dan mengukur konduktivitas elektrik saat komposisi seragam 3. menambahkan asam atau basa serta mendeteksi perubahan warna indicator ketika proses netralisasi sudah selesai 4. metoda distribusi waktu tinggal (residence time distribution) yang diukur dengan memantau konsentrasi output 5. mengukur temperature serta waktu yang dibutuhkan untuk mencapai keseragaman. Waktu pencampuran ditentukan oleh beberapa variable proses dan operasi yang ditunjukkan oleh hubungan berikut ini. Θm = f (ρ, µ, N, D, g. dimensi geometri sistem) Dengan θm = waktu pencampuran ρ = densitas fluida µ = viskositas fluida 20

N D g

= kecepatan putaran pengaduk = diameter pengaduk = percepatan gravitasi

Jika faktor dimensi geometri dan bilangan Froude (DN 2/g) diabaikan, maka persamaan menjadi : ρN D2 θm =f ( ) μ θm =f (ℜ) (Tim Laboratorium, 2012) g. Kebutuhan daya Untuk melakukan perhitungan dalam spesifikasi tangki pengaduk telah dikembangkan berbagai teori dan hubungan empiris. Para peneliti telah mengembangkan beberapa hubungan empiris yang dapat memperkirakan ukuran alat dalam pemakaian nyata atas dasar percobaan yang dilakukan pada skala laboratorium. Perkiraan kebutuhan daya yang diperlukan untuk mengaduk cairan dalam tangki pengaduk dapat dihitung atas dasar percobaan pada skala laboratorium. Persyaratan penggunaan hubungan empiris tersebut adalah adanya: 1. Kesamaan geometris yang menentukan kondisi batas peralatan Kesamaan geometris yang menentukan kondisi batas peralatan artinya bentuk kedua alat harus sama dan perbandingan ukuran-ukuran geometris berikut ini sama untuk keduanya: DT C J S W H , , , , , D D D D D D Dimana DT = diameter tangki C = tinggi pengaduk dari dasar tangki D = diameter pengaduk H = tinggi cairan dalam tangki J = lebar baffle N = jumlah putaran pengaduk permenit P = daya (power) S = pitch dari pengaduk W = lebar blade pengaduk 2. Kesamaan dinamik dan kesamaan kinematik Kesamaan dinamik dan kesamaan kinematik yaitu terdapat kesamaan harga perbandingan antara gaya yang bekerja di suatu kedudukan (gaya viskos terhadap gaya gravitasi, gaya inersia terhadap gaya viskos, dan sebagainya). Dua system yang sama secara geometri dapat dikatakan sama secara 21

dinamik jika perbandingan gaya-gaya yang bekerja pada system sama. Sedangkan kesamaan kinematik terjadi jika kecepatan pada titik bersesuaian memiliki perbandingan yang sama. Faktor yang mempengaruhi kebutuhan daya (power) P untuk pengadukan adalah diameter pengaduk D, kekentalan cairan, kerapatan cairan, medan gravitasi g, dan laju putar pengaduk N. Maka secara matematis dapat ditulis sebagai berikut : P=f ( D , μ , ρ , g , N ) Bila dianggap hubungan besaran-besaran tersebut seperti persamaan berikut: Da , μ b , ρ f , g e , N g ) P=K ¿ Dimana K adalah konstanta, dengan analisa dimensi yang menggunakan dimensi M untuk massa, L untuk panjang, dan T untuk waktu, maka : M L2 M b L e M f 1 g a = L .( ¿ ) .( T 2 ) .( L3 ) .( T ) T3 Dengan menyelesaikan persamaan tersebut, diperoleh : P D 2 N −b D N 2 −e =K .( ) .( ) μ g D5 ρ N 3 Dimana dari persamaan-persamaan tersebut dikenal bilangan tak berdimensi. (Tim Laboratorium, 2012) II. 9 Contoh Soal Penerapan Agitasi dalam Industri Kimia a. Contoh soal 1 Pengadukan dalam suatu industri biogas untuk melarutkan NaOH 50% sebagai penetralan dengan laju alir massa 15.227 kg/m 3 yang disimpan selama 30 hari dirancang menggunakan jenis three blades propeller yang dipasang elative di pusat tangki dengan putaran pengaduk 60 rpm. Operasi berlangsung pada suhu kamar dan tekanan atmosfir, densitas larutan 1550 kg/m3 dan viskositas 47.7 cP. Berapa HP sesungguhnya yang dibutuhkan bila tangki berbuffle 4 buah dengan efisiensi 80% ? Jawab : Data perhitungan: Kondisi penyimpanan :

P = 1 atm = 14.2 psi T = 30oC = 303 K Kebutuhan penyimpanan : t = 30 hari Laju alir masa : F =15.227 Kg/jam Densitas bahan : 1550 kg/m3 Viskositas bahan : 47.7 cP = 0.00477 Pa.s Perhitungan ukuran tangki

22

1. Volume tangki Vtotal =

15.227

kg jam x 30 hari x 24 jam h ari =7.073 m3 3 1550 kg /m

2. Ukuran tangki Direncanakan tangki sebagai berikut Tinggi silinder : diameter (Hs : D) = 3:2 Sehingga Vs =

π 2 π 3 3π 3 D . Hs= D2 D = D 4 4 2 8

D=

√

( )

3

8 Vs 3π

=

√ 3

3 x 7.703 =1.34 m 3π

Hs = 3/2 D = 3/2 x 1.34 = 2.022 m Jenis: three blades propeller Kecepatan putaran : 60 rpm = 1 rps Efisiensi motor = 80 % Pengaduk di desain dengan standard sebagai berikut (Geankoplis, 1997) : Da : Dt = 1:3 W : Da = 1 : 8 C:Dt = 1:3 4 baffle : Dt/J = 10 Dimana : Da = diameter pengaduk Dt = diameter mixer W = lebar daun pengaduk C = jarak pengaduk dari dasar mixer Jadi, Diameter pengaduk (Da) = 1/3 x 1.34 m = 0.44 m Lebar daun pengaduk (W) = 1/8 x Da = 1/8 x 0.44 m = 0.0558 m Tinggi pengaduk dari dasar © = 1/3 x Dt = 1/3 x 1.34 = 0.44 m Lebar baffle (J) = 1/10 x Dt = 1/10 x 1.34 m = 0.134 m 2 3 Da 2 Nρ ( 0.44 m ) x 1rps x 1550 kg /m Bilangan reynold (Nre) = = =6384.68 μ 0.047 Pa . s Dari gambar 3.4-4 (Geankoplis, 1997) untuk pengaduk jenis three blades propeller, diperoleh Np = 0.8

23

Maka, P = Np x ρ x N 3 x Da 5 = 0.8 X 1550 kg/m3 X (1 rps)3 X (0.64 m)5 HP = 325.058 J/s X 0.0013407 J /s = 0.4358 HP Daya motor (Pm) = P/0.8 = 0.4358 HP/0.8 = 0.54478 HP

b. Contoh Soal 2 Tentukan power dan luas paddle yang dibutuhkan untuk mendapatkan nilai G = 50/dt dalam sebuah tangki bervolume 2500 m3. elative re 15○C, koefisien drug 1,8 dan kecepatan paddle 0,6 m/dt, sedangkan kecepatan elative 0,75 kali kecepatan paddle! Penyelesaian : 2 P G= μV P = G2.�.V (� = 1,1447 x 10-3 pada 15○C) P = (50/s)2.(1,1447 x 10-3 N.s/m2).(2500 m3) P = 7154,375 N.m/s P = 0,5.ρ.Cd.A.v3

√

24

2. P (ρ = 0,9991 g/ml) ρ. C d . A . v 3 2.7154,375 A= (0,9991).(1,8).(0,75 x 0,6)3 A = 87,314 m2 A=

(Abuzar, 2012) c. Contoh soal 3 Sebuah flokulator direncanakan untuk mengolah air dengan debit 20 MGD (30,95 ft3/s). Panjang flokulator tersebut 100 ft, lebar 40 ft dan dalamnya 15 ft. Flokulator menggunakan paddle yang berjumlah 4 unit. Paddletersebut berukuran 40 ft. Dengan lebar 1 ft dan jari-jari 6 ft dari shaft yang terletak ditengah-tengah kedalaman tangki. Setiap paddle memiliki 2 blade yang diputar dengan kecepatan 2,5 rpm. Jika kecepatan air yang timbul adalah ¼ dari kecepatan paddle dan koefisien drugnya 1,8,

elative re air 50 ○F,

Viskositas elative air 2,74 x10-5lb force/ft2. Tentukan:

25

a. b. c. d. e.

Kecepatan elative Power yang dibutuhkan Waktu detensi Gradien kecepatan Flokulator loading

Penyelesaian : a. v = vi – va = vi – 0,25vi v = 0,75 . (2.π.6ft.2,5/menit) v = 70,65 ft/menit = 1,18 ft/s b. P = 0,5. Ρ.Cd.A.v3 lb/ ft ) ( 62,4 32,2 3

P = 0,5.

.(1,8).(40x1x4x2) ft2.(1,18ft/s)3

P = 916, 996 lb ft2/s3 c. td = V/Q td = (100 x 40 x 15) ft3 / (30,95 ft3/s) td = 1938,611 s d. G =

√ 2

P μV

=

G = 23,617/s e. Floading = Q/V =

√ 2

916,996 lb. ft 3 /s3 2,74 x 10−5 lbf .60000 ft 3 2 ft

30,95 ft 3 /s 60000 ft 3

Floading = 5,15x10-4/s (Abuzar, 2012)

BAB III PENUTUP III.1 Kesimpulan 1. Agitasi adalah proses penggoyangan ataupun pemutaran yang bertujuan supaya cairan di dalam tangki tercampur atau teraduk sampai homogen setelah beberapa lama didiamkan

untuk dapat bereaksi dengan emulsi film. 2. Jenis-jenis peralatan agitasi adalah rotating impellers, circulation pump systems, reciprocating paddles, revolving tanks, air lift dan air agitators, colloid mill, homogenizer, dan mixing jet. 3. Prinsip kerja agitasi yaitu pencampuran di dalam tangki pengaduk terjadi karena adanya gerak rotasi dari pengaduk dalam fluida. Gerak pengaduk ini memotong fluida tersebut dan dapat menimbulkan arus yang bergerak keseluruhan sistem fluida tersebut. Proses pengadukan biasanya dilakukan dengan bantuan motor listrik yang memberikan daya terhadap tuas pengaduk untuk bergerak. 4. Mekanisme dan cara kerja peralatan agitasi didasarkan pada jenis peralatannya sehingga ada beberapa perbedaan dalam cara kerja sesuai dengan desain peralatannya. 5. Untuk menentukan aliran dari bahan yang diaduk maka dihitung dengan bilangan reynold. 6. Fungsi agitasi dalam industri kimia adalah untuk homogenisasi, terutama komposisi maupun kalor. 7. Dalam perancangan agitator terdapat beberapa variabel yang perlu diperhatikan, yaitu sifat pengadukan (n, D), sifat cairan (ρ, µ), percepatan gravitasi dan tetapan dimensional (g, gc), dan faktor bentuk (shape faktor). 8. Terdapat beberapa contoh soal penerapan agitasi dalam industri kimia yang dapat membantu pemahaman tentang agitasi. III.2 Saran Sebelum merancang agitator yang dibutuhkan dalam suatu proses, butuh pemahaman mendasar mengenai agitasi dan beberapa hal yang mempengaruhi perancangannya, sehingga dalam perancangan tidak ditemui kesalahan yang signifikan. Di dalam kerja alat agitasi biasanya timbul masalah seperti vorteks yang bisa diatasi dengan pemasangan buffle, sehingga pentingnya memperhatikan variabelvariabel dalam perancangan.

DAFTAR PUSTAKA Abuzar, Suarni S. 2012. Mixing. Universitas Andalas. Padang. Brown, George Granger. 1978. Unit Operations. Modern Asia Editions. John Wiley & Sons, Inc. New York. Geankoplis, C. 1997. Transport Processes and Unit Operation. University of Minnesota. Prantice Hall International, Inc. New Jersey. Ikhsan, Diyono dan Suherman. 2002. Diktat Operasi Teknik Kimia I. Jurusan Teknik Kimia Universitas Diponegoro. Semarang.

https://www.marxists.org/indonesia/archive/hallas/agitasi.htm https://www.caesarvery.com/2013/10/macam-macam-pengaduk-agitator.html