Tk2105 19-13017017.docx

TK2105 STATISTIKA TEKNIK KIMIA SEMESTER I-2018/2019

LAPORAN PRAKTIKUM PENDUKUNG

Disusun oleh: Agra Dhanurwedha Sakti

(13017017)

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2018

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Pada kegiatan industri yang melibatkan fluida, baik sebagai bahan mentah atau bahan setengah jadi, sering dijumpai adanya proses pengadukan. Tujuan pengadukan bermacam-macam, mulai dari mencampurkan dua cairan yang saling larut hingga melarutkan padatan ke zat cair. Pada skala besar (skala pabrik), pengadukan tidak mungkin untuk dilakukan secara manual (tenaga manusia), tetapi menggunakan alat modern yang bertenagakan listrik, salah satunya adalah tangki berpengaduk.

Tangki berpengaduk adalah sebuah alat yang terdiri dari dua bagian utama, yakni tangki, sebagai wadah fluida, dan batang pengaduk dengan berbagai varians tipe pengaduk (agitator). Banyak faktor yang mempengaruhi proses pengadukan dalam tangki berpengaduk, beberapa di antaranya ialah kecepatan rotasi pengaduk dan tipe pengaduk. Kecepatan rotasi pengaduk ditentukan oleh kecepatan rotasi motor penggeraknya, sedangkan tipe pengaduk yang digunakan tergantung dengan kebutuhan industri. Walaupun tipe pengaduk memiliki pengaruh yang cukup signifikan, tetap tidak ada persamaan matematis yang dapat dipergunakan dalam perhitungan pengadukan untuk tiap-tiap jenis agitator. Selain kedua faktor di atas, ada atau tidaknya baffle dalam tangki juga berpengaruh terhadap proses pengadukan.

Pada percobaan ini, dilakukan dua percobaan utama. Percobaan pertama adalah menentukan korelasi Po dengan Re dan Fr melalui variasi kecepatan rotasi pengaduk, baik dalam kondisi tangki tanpa baffle maupun dengan baffle. Selain itu, dilakukan pula percobaan kedua yakni menentukan ada atau tidaknya pengaruh bentuk agitator terhadap lama waktu pencampuran (mixing time).

1.2

Tujuan Percobaan

Tujuan dari praktikum ini adalah: 1.

Memahami perancangan percobaan statistik

Halaman 2 dari 18

2.

1.3

Memahami pengolahan data statistik menggunakan metode regresi dan ANOVA

Sasaran Percobaan Sasaran dari praktikum ini adalah: 1.

Menentukan konstanta dari korelasi Bilangan Power dengan Bilangan Reynold serta Fraude

2.

Memaparkan variabilitas data yang diperoleh

Halaman 3 dari 18

BAB II TEORI DASAR

2.1

Pengadukan Pengadukan didefinisikan sebagai usaha untuk memberi gerakan, secara paksa, pada bahan yang diaduk, yang tidak saling larut, agar kedua bahan tersebut dapat menjadi larutan yang homogen. Pengadukan dapat bertujuan untuk mencampurkan dua cairan yang saling larut, mendispersikan gas ke cairan, hingga melarutkan padatan ke zat cair

2.2 Bilangan Reynolds Bilangan Reynolds (Re) adalah bilangan yang tak berdimensi dan difenisikan sebagai perbadingan inersia dan gaya viskos. Bilangan Reynolds dalam proses pengadukan dirumuskan sebagai: 𝑅𝑒 =

𝜌𝐷2 𝑁 𝜇

(2.1)

Dengan 𝜌 = densitas fluida, 𝜇 = viskositas fluida, N = kecepatan pengaduk (rps), dan D = diameter pengaduk.

2.3

Bilangan Fraude (Fr) Bilangan Fraude (Fr) dinyatakan sebagai perbandingan antara gaya inersia dengan gaya gravitasi dan dirumuskan sebagai : 𝐹𝑟 =

𝑁2 𝐷

(2.2)

𝑔

Dengan g = percepatan gravitasi = 9,8 m/s2 (Asumsi). Bilangan Fraude hanya digunakan pada perhitungan pengadukan tanpa baffle.

2.4

Bilangan Power (Po) Bilangan Power (Po) adalah bilangan yang menunjukkan perbandingan daya yang dihasilkan aliran dengan gaya inersianya, serta dapat dinyatakan sebagai berikut : 𝑃

𝑃𝑜 = 𝜌𝑁𝑒𝑓𝑓 3𝐷5

(2.3)

Halaman 4 dari 18

Daya yang digunakan adalah daya efektif ( 𝑃𝑒𝑓𝑓 ), dengan 𝑃𝑒𝑓𝑓 adalah selisih dari hasil kali tegangan listrik dan arus listrik dalam kondisi tangki kosong dan tangki terisi fluida. (2.4)

𝑃𝑒𝑓𝑓 = 𝑉𝐼 − 𝑉0 𝐼0 Hubungan antara Po dengan Fr dan Re : -

Untuk sistem tanpa baffle (2.5)

𝑃𝑜 = 𝑎𝑅𝑒 𝑏 𝐹𝑟 𝑐 -

Untuk sistem dengan baffle (2.6)

𝑃𝑜 = 𝑎𝑅𝑒 𝑏

2.5

Tipe Pengaduk Tipe pengaduk bermacam-macam dan penggunaannya pun juga tergantung dari berbagai faktor, seperti fluida yang digunakan, jenis aliran yang diinginkan, dan lama waktu pencampurannya. Pada praktikum ini, digunakan tiga jenis pengaduk yang berbeda, yakni paddle, propeller, dan turbin, untuk mengetahui pengaruh bentuk pengaduk terhadap lama waktu pencampuran (mixing time).

2.6

Regresi Linier Metode ini digunakan untuk mencari persamaan linier dari sejumlah pasangan data percobaan. Dalam praktikum ini, regresi linier digunakan untuk mencari nilai a,b, dan c pada persamaan (2.5) dan (2.6) yang telah dilinearisasi terlebih dahulu.

2.7

Metode ANOVA (Analysis of Variance) Metode ini digunakan untuk memnganalisis perbedaan antara dua atau lebih kelompok sampel melalui uji statistik terhadap varians-nya. Pada praktikum ini, metode ini digunakan untuk menentukan pengaruh tipe pengaduk yang digunakan terhadap lama waktu pencampuran (mixing time).

Halaman 5 dari 18

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN 3.1

Skema Alat Motor penggerak

Keterangan : C = Ketinggian pengaduk dari dasar tangki (m) Dt = Diameter dasar tangki (m) H = Tinggi tangki (m) D = Diameter pengaduk (m) W = Panjang daun pengaduk (m) J = Lebar baffle (m)

Gambar 1. Skema Alat (Sumber : google.com) 3.2

Langkah Kerja a.) Percobaan I Sebelum percobaan , suhu dan tekanan laboratorium dicatat terlebih dahulu dan dilakukan pengukuran dimensi tangki, beserta dimensi baffle, dan dimensi pengaduk yang digunakan. Dimensi tangki dan baffle yang diukur meliputi diameter tangki, tinggi tangki, tebal baffle, lebar baffle, dan panjang baffle. Jenis pengaduk yang digunakan adalah paddle dan dimensi yang diukur meliputi diameter, panjang daun, tebal daun, dan lebar daun. Selanjutnya, pengaduk dipasang ke shaft dan shaft dipasang ke bagian bawah motor penggerak, lalu dikunci dengan sekrup impeller. Setelah itu, kabel motor penggerak dihubungkan ke stopkontak dan motor penggerak dinyalakan. Kecepatan rotasi motor penggerak divariasikan sebanyak 8 kali, mulai dari 70 rpm dengan rentang kenaikan 30rpm, kemudian dilakukan pencatatan nilai tegangan (V0) dan arus (I0) yang terbaca. Langkah tersebut dilakukan kembali, namun dengan kondisi tangki terisi air setinggi 20 cm dan dicatat pula tegangan (V) dan arus(I). Kemudian, dilakukan juga pengulangan langkah-langkah di atas, namun dalam kondisi 2 buah baffle terpasang pada tangki (pemasangan baffle harus saling berhadapan).

b.) Percobaan II Pengaduk bertipe paddle yang telah terpasang pada shaft dipasangkan ke bagian bawah motor penggerak dan kecepatan rotasi motor di-set pada 250 rpm (motor masih dalam kondisi mati). Tangki diisi air setinggi 20 cm dan ke dalamnya diberi pewarna makanan

Halaman 6 dari 18

(warna coklat) sebanyak 1 tetes. Motor dinyalakan dan bersamaan dengan itu stopwatch juga dinyalakan. Stopwatch dimatikan setelah larutan menjadi homogen, yakni ketika warnanya sudah terlihat tersebar merata, dan hasil tersebut dicatat sebagai mixing time. Langkah tersebut dilakukan kembali dengan menggunakan tipe pengaduk yang berbeda (propeller dan turbin). Untuk setiap tipe pengaduk, dilakukan 2 kali pengambilan data.

Halaman 7 dari 18

BAB VI HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Percobaan Dari percobaan yang dilakukan, diperoleh data yang akan diolah sebagai berikut :

4.2 Pengolahan Data a.) Tangki Tanpa Baffle Persamaan (2.5) dilinearisasi terlebih dahulu menjadi : 𝑃𝑜 = 𝑎𝑅𝑒 𝑏 𝐹𝑟 𝑐

Halaman 8 dari 18

ln 𝑃𝑜 = ln 𝑎 + 𝑏 ln 𝑅𝑒 + 𝑐 ln 𝐹𝑟 ln 𝑃𝑜 = ln 𝑎 + 𝑏 ln

ln 𝑃𝑜 = ln 𝑎 + 𝑏 ln

𝜌DFrg + 𝑁𝜇

𝑐 ln 𝐹𝑟

𝜌D + 𝑐 ln 𝐹𝑟 + 𝑏 ln 𝐹𝑟 𝑁𝜇

ln 𝑃𝑜 = ln 𝑎 + 𝑏 ln

𝜌D + (𝑐 + 𝑏) ln 𝐹𝑟 𝑁𝜇

Dengan memodelkan persamaan di atas sebagai 𝑦 = 𝐴𝑥 + 𝐵 dan regresi

dengan MS excel, diperoleh :

Dari langkah di atas, diperoleh bahwa nilai a = e-13,0739 = 2,099, b = 0, dan c = 1,28039.

Halaman 9 dari 18

b.) Sistem Dengan Baffle Persamaan (2.6) dilinearisasi terlebih dahulu dengan langkah yang sama seperti bagian (a). Dengan regresi linier persamaan yang sudah dilienarisasi tersebu menggunakan MS Excel :

Dari langkah di atas, diperoleh bahwa nilai a = e4,4658 = 86,99 dan b = -0,5888.

Halaman 10 dari 18

c.)Pengaruh Baffle Dengan menggunakan metode ANOVA pada data Peff yang diperoleh :

d.) Percobaan RCBD Dengan menggunakan metode ANOVA pada data yang diperoleh :

4.3 Pembahasan Hasil pengolahan data percobaan tangki dengan baffle dan tangki tanpa baffle menunjukkan bahwa konstanta jamak korelasi (a,b,c) memiliki nilai yang berbeda antar dua kondisi tersebut. Selain itu, berdasarkan metode ANOVA, dapat disimpulkan bahwa pemasangan baffle tidak berpengaruh banyak terhadap pengadukan. Padahal, penggunaan baffle di dunia nyata (industri teknik kimia) memberikan pengaruh yang

Halaman 11 dari 18

signifikan terhadap proses pengadukan. Hal ini dikarenakan baffle dapat mencegah adanya vorteks sehingga aliran fluida dapat lebih terdistribusi secara merata di dalam tangki. Ada kemungkinan kesalahan pada percobaan yang disebabkan oleh baffle tidak terpasang dengan baik (kurang kencang) ataupun karena batang pengaduk yang tidak tegak lurus permukaan air. Selain percobaan tersebut, dari percobaan RCBD juga dapat disimpulkan bahwa jenis pengaduk, melalui perhitungan ANOVA, memiliki pengaruh yang cukup signifikan terhadap lama waktu pencampuran.

Halaman 12 dari 18

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1

Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh dari praktikum ini adalah: 1.

Nilai konstanta a, b, dan c. Untuk tangki tanpa baffle didapatkan a = 2,099, b = 0, dan c = 1,28039.. Untuk tangki dengan baffle didapatkan a= 86,99 dan b = 0,5888.

2.

Baffle tidak terlalu besarpengaruhnya terhadap pengadukan sedangkan tipe pengaduk sangat berpengaruh.

5.2

Saran

Saran untuk praktikum ini adalah: 1.

Ketelitian saat pengukuran waktu mixing harus ditingkatkan

2.

Pemasangan batang pengaduk harus tegak lurus terhadap permukaan fluida

Halaman 13 dari 18

DAFTAR PUSTAKA Geankoplis, C.J., dkk., “Transport Processes and Unit Operations”, 3rd Ed., Prentice-Hall Internasional, New Jersey, 2003.

Halaman 14 dari 18

LAMPIRAN A DATA MENTAH PERCOBAAN

A.1 Data Kelompok

Halaman 15 dari 18

A.2 Data Kelompok Lain

Halaman 16 dari 18

LAMPIRAN B PENGOLAHAN DATA

B.1 Data Pengolahan Tanpa Baffle

B.2 Data Pengolahan Dengan Baffle

Halaman 17 dari 18

LAMPIRAN C HASIL ANTARA

C.1 Data Tangki Tanpa Baffle

C.2 Data Tangki Dengan Baffle

Halaman 18 dari 18