ABSTRAK
Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan
dari bahan yang diaduk seperti molekul-molekul, zat-zat yang
bergerak atau komponennya menyebar (terdispersi). Tujuan dari
praktikum ini adalah menentukan pola-pola aliran yang terjadi dalam
tangki berpengaduk, menjelaskan pengaruh penggunaan sekat dan tanpa
sekat pada pola aliran yang ditimbulkan, menghitung kebutuhan daya
yang diperlukan untuk suatu operasi pencampuran dan menentukan
karakteristik daya pengaduk.Variabel yang digunakan dalam praktikum
ini adalah jenis pengaduk (propeller, paddle, dan turbin), tangki
berpenyekat dan tangki tanpa penyekat. Dari percobaan didapatkan
hasil, pada pengaduk paddle pola aliran yang dihasilkan adalah pola
aliran radial sedangkan pada pengaduk propeller pola aliran yang
dihasilkan adalah pola aliran aksial. Bilangan daya yang terbesar
dihasilkan pada impeller berjenis paddle didalam tangki tanpa sekat
yaitu 0,0079. Bilangan daya terkecil dihasilkan pada impeller jenis
propeller didalam tangki tanpa sekat dan bersekat yaitu 0.
Sedangkan NRe yang dihasilkan dari percobaan ini adalah besar dari
1 x 104, sehingga aliran yang dihasilkan berupa aliran
turbulen.
Kata kunci : Daya, impeller, pola aliran, tangki berpengadukBAB
I
PENDAHULUAN
1.1. Tujuan Percobaan
Tujuan dari praktikum ini adalah :
a. Dapat menjelaskan pola-pola aliran yang terjadi dalam tangki
berpengaduk.
b. Dapat menjelaskan pengaruh penggunaan sekat tau tanpa sekat
pada pola aliran yang ditimbulkan.
c. Dapat menghitung kebutuhan daya yang diperlukan untuk suatu
operasi pencampuran.
d. Dapat menentukan karakteristik daya pengaduk.
1.2. Landasan Teori
1.2.1. Pengadukan dan Pencampuran
Pengadukan (agitation) merupakan operasi yang menimbulkan
gerakan pada suatu bahan (fluida) di dalam sebuah tangki, dimana
gerakannya membentuk suatu pola sirkulasi (Mc. Cabe, 1985). Fungsi
utama operasi pengadukan adalah sebagai sarana pencampuran, yang
bertujuan untuk menyeragamkan suatu campuran bahan. Fungsi lainnya
adalah untuk menyelenggarakan reaksi, mempercepat perpindahan
panas, mempercepat perpindahan massa, serta menyebarkan atau
mendispersikan gas di dalam zat cair dalam bentuk
gelembung-gelembung kecil. Salah satu sistem pengadukkan yang
banyak ditemui di industri proses kimia adalah tangki berpengaduk,
yang umumnya digunakan untuk mengaduk fluida cair. Sistem ini
terdiri dari suatu tangki penampung fluida, pengaduk (impeller)
yang terpasang pada batang pengaduk dan perangkat penggerak (motor)
yang mengubah pasokan energi luar menjadi gerakan batang
pengaduk.
Pengadukan berbeda dengan pencampuran. Tidak semua operasi
pengadukkan melibatkan pencampuran. Akan tetapi, proses pencampuran
biasanya melibatkan pengadukan. Pencampuran (mixing) merupakan
suatu peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara acak, di mana bahan
yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain dan sebaliknya
(Mc.Cabe, 1985). Sebelum adanya pencampuran, bahan-bahan yang akan
dicampur terpisah dalam satu fasa atau lebih. Misalnya, Carboxy
Methyl Celluloce (CMC) (berfasa padat) yang dicampurkan ke dalam
air (berfasa cair) di dalam suatu bejana. Pada proses pencampuran,
pengadukkan dilakukan untuk menyeragamkan suatu campuran dengan
cepat dan meningkatkan transfer momentum antar partikel pada fluida
yang diaduk. Dengan pengadukan maka akan mempercepat tercapainya
campuran homogen pada proses pencampuran.
1.2.2. Fenomena Pengadukan dan Pencampuran
Seringkali terjadi kesalahpahaman tentang pengadukan dan
pencampuran. Sebenarnya pengadukan (agitation) menunjukkan gerakan
pada suatu bahan di dalam bejana, dimana gerakan itu mempunyai pola
sirkulasi tertentu. Sedangkan pencampuran (mixing) ialah peristiwa
menyebarnya bahan-bahan secara acak, dimana bahan yang satu
menyebar ke bahan lainnya, sebelum bahan tersebut terpisah dalam
dua atau lebih fase (Geankoplis,1993).1.2.3. Tujuan Operasi
Pengadukan.Pengadukan zat cair dilakukan untuk berbagai maksud,
antara lain :
1. Untuk membuat suspensi partikel zat padat.
2. Untuk meramu zat cair yang mampu campur (miscible), seperti
metal alcohol-air.
3. Untuk menyebarkan (disperse) gas di dalam zat cair, dalam
bentuk gelembung-gelembung kecil.
4. Untuk menyebarkan zat cair yang tidak dapat bercampur dengan
zat cair lain sehingga membentuk emulsi atau suspense
butiran-butiran halus.
5. Untuk mempercepat perpindahan kalor anatara zat cair dengan
kumparan atau mantel pemanas kalor.
Pencampuran diartikan sebagai suatu proses menghimpun dan
membaurkan bahan-bahan. Proses utama pada pencampuran adalah
penyisipan antar partikel jenis yang satu di antara partikel jenis
yang lain. Dalam hal ini diperlukan gaya mekanik untuk menggerakkan
alat pencampur supaya pencampuran dapat berlangsung dengan baik.
Proses pencampuran bisa dilakukan dalam sebuahtangki
berpengaduk.
Aplikasi pengadukan dan pencampuran bisa ditemukan dalam rentang
yang luas, diantaranya dalam proses suspensi padatan, dispersi
gas-cair, cair-cair maupun padat-cair, kristalisasi, perpindahan
panas dan reaksi kimia.1.2.4 FaktorFaktor yang Mempengaruhi Proses
pengadukan dan pencampuranProses pengadukan dan pencampuran
dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah
a. Perbandingan antara geometri tangki dengan geometri
pengaduk.
b. Bentuk dan jumlah pengaduk.
c. Posisi sumbu pengaduk.
d. Kecepatan putaran pengaduk.
e. Penggunaan sekat dalam tangki dan juga properti fisik fluida
yang diaduk yaitudensitasdanviskositas.
Oleh karena itu, perlu tersedia seperangkat alat tangki
berpengaduk yang bisa digunakan untuk mempelajari operasi dari
pengadukan dan pencampuran tersebut.
Pencampuran terjadi pada tiga tingkatan yang berbeda yaitu :a.
Mekanisme konvektif :pencampuran yang disebabkan aliran cairan
secara keseluruhan (bulk flow).
b. Eddy diffusion :pencampuran karena adanya gumpalan - gumpalan
fluida yang terbentuk dan terhamburkan dalam medan aliran.
c. Diffusion :pencampuran karena gerakan molekuler.
Ketiga mekanisme terjadi secara bersama-sama, tetapi yang paling
menentukan adalah eddy diffusion. Mekanisme ini membedakan
pencampuran dalam keadaan turbulen dengan pencampuran dalam medan
aliran laminer. Sifat fisik fluida yang berpengaruh pada proes
pengadukan adalah densitas dan viskositas.Secara khusus, proses
pengadukan dan pencampuran digunakan untuk mengatasi tiga jenis
permasalahan utama, yaitu :
a. Untuk menghasilkan keseragaman statis ataupun dinamis pada
sistem multifase multikomponen.
b. Untuk memfasilitasi perpindahan massa atau energi diantara
bagian-bagian dari sistem yang tidak seragam.
c. Untuk menunjukkan perubahan fase pada sistem multikomponen
dengan atau tanpa perubahan komposisi.
a. Dimensi dan Geometri Tangki
Kapasitas tangki yang dibutuhkan untuk menampung fluida menjadi
salah satu pertimbangan dasar dalam perancangan dimensi tangki.
Fluida dalam kapasitas tertentu ditempatkan pada sebuah wadah
dengan besarnya diameter tangki sama dengan ketinggian fluida.
Rancangan ini ditujukan untuk mengoptimalkan kemampuan pengaduk
untuk menggerakkan dan membuat pola aliran fluida yang melingkupi
seluruh bagian fluida dalam tangki.
.........................................................
(1)Persamaan (1) merupakan rumus dari volume sebuah tangki
silinder. Sehingga salah satu pertimbangan awal untuk merancang
alat ini adalah dengan mencari nilai dari diameter yang sama dengan
tangki untuk kapasitas fluida yang diinginkan dalam pengadukan dan
pencampuran. Diameter tangki ditentukan dengan persamaan (2).
Tangki dengan diamter yang lebih kecil dibandingkan ketingannya
memiliki kecendrungan menambah jumlah pengaduk yang digunakan.
.................................................................(2)dengan
D = tRancangan dasar dimensi dari sebuah tangki berpengaduk dengan
perbandingan terhadap komponen-komponen yang menyusunnya
ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1.1.Dimensi sebuah Tangki Berpengaduk
(Tatterson,1991)dimana :C= Tinggi Pengaduk Dari Dasar Tangki
D= Diameter Pengaduk
Dt= Diameter Tangki
H= Tinggi Fluida Dalam Tangki
J= Lebar Baffle
W= Lebar Pengaduk
Hubungan dari dimensi pada Gambar 1 adalah :
Gambar 1.2. Hubungan dari dimensi pada Gambar 1.1
Geometri dari tangki dirancang untuk menghindari terjadinyadead
zoneyaitu daerah dimana fluida bisa digerakkan oleh aliran
pengaduk. Geometri dimana terjadinyadead zonebiasanya berbentuk
sudut ataupun lipatan dari dinding-dindingnya.b. Posisi Sumbu
PengadukPada umumnya proses pengadukan dan pencampuran dilakukan
dengan menempatkan pengaduk pada pusat diameter tangki(Center).
Posisi ini memiliki polaaliran yang khas. Pada tangki tidak
bersekat dengan pengaduk yang berputar ditengah, energi sentrifugal
yang bekerja pada fluida meningkatkan ketinggian fluidapada dinding
dan memperendah ketinggian fluida pada pusat putaran. Pola ini
biasa disebut dengan pusaran(vortex)dengan pusat pada sumbu
pengaduk. Pusaran ini akan menjadi semakin besar seiring dengan
peningkatan kecepatan putaran yang juga meningkatkan turbulensi
dari fluida yang diaduk. Pada sebuah proses dispersi gas-cair,
terbentuknya pusaran tidak diinginkan. Hal ini disebabkan pusaran
tersebut bisamenghasilkan dispersi udara yang menghambat dispersi
gas ke cairan dan sebaliknya.
Gambar 1.3.Posisi Center dari Sebuah Pengaduk yang Menghasilkan
Vortex (Tatterson,1991)Salah satu upaya untuk menghilangkan pusaran
ini adalah dengan merubah posisi sumbu pengaduk. Posisi tersebut
berupa posisi sumbu pengaduk tetap tegak lurus namun berjarak dekat
dengan dinding tangki (off center) dan posisi sumbu berada pada
arah diagonal (incline). Perubahan posisi ini menjadi salah satu
variasi dalam penelitian yang dilakukan.
c. Sekat dalam TangkiSekat(Baffle)adalah lembaran vertikal datar
yang ditempelkan pada dindingtangki. Tujuan utama menggunakan sekat
dalam tangki adalah memecah terjadinya pusaran saat terjadinya
pengadukan dan pencampuran. Oleh karena itu, posisi sumbupengaduk
pada tangki bersekat berada di tengah. Namun, pada umumnya
pemakaiansekat akan menambah beban pengadukan yang berakibat pada
bertambahnya kebutuhan daya pengadukan. Sekat pada tangki juga
membentuk distribusi konsentrasi yang lebih baik di dalam tangki,
karena pola aliran yang terjadi terpecah menjadi empat bagian.
Penggunaan ukuran sekat yang lebih besar mampumenghasilkan
pencampuran yang lebih baik.
Gambar 1.4.Pemasangan Baffle diharapkan mampu meningkatkan
kualitas pencampuran (Tatterson,1991)Pada saat menggunakan empat
sekat vertikal seperti pada gambar 4 biasa menghasilkan pola
putaran yang sama dalam tangki. Lebar sekat yang digunakan
sebaiknya berukuran 1/12 diameter tangki.
d. Pengaduk
Pengaduk berfungsi untuk menggerakkan bahan didalam bejana
pengaduk yang digunakan. Alat pengaduk ini biasanya terdiri atas
sumbu pengaduk dan sirip pengaduk yang dirangkai menjadi satu
kesatuan. Alat pengaduk dibuat dan didesain sesuai dengan keperluan
pengadukan. Jenis pengaduk harus disesuaikan dengan faktor berikut
ini, yaitu :
a. Jenis dan ukuran pengaduk
b. Jenis bejana pengaduk
c. Jenis dan jumlah bahan yang dicampur
Pemilihan alat pengaduk dari sejumlah besar alat pengaduk yang
ada hanya dapat dilakukan melalui percobaan dan pengalaman. Untuk
masalah pencampuran yang tertentu dari bahan campur dan bejana
pengaduk tertentu, pengaduk yang optimal biasanya hanya dapat
dipilih melalui pengalaman saja
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 (Kurniawan, 2011).
1.2.5 Jenis-jenis Pengaduk
Secara umum, terdapat tiga jenis pengaduk yang biasa digunakan
secaraumum, yaitu pengaduk baling baling(propeller), pengaduk
turbin(turbine), pengaduk dayung(paddle)dan pengadukhelical
ribbon.
1) Pengaduk jenis baling-baling(propeller)Ada beberapa jenis
pengaduk yang biasa digunakan. Salah satunya adalah baling-baling
berdaun tiga.
Gambar 1.5.Pengaduk jenis Baling-baling (a), Daun Dipertajam
(b), Baling-baling kapal (c) (Tatterson,1991)Pengaduk ini terdiri
atas sebuah propeler yang mirip dengan baling-baling pendorong
kapal dengan dua atau tiga daun yang dipasang miring. Biasanya alat
pengaduk propeler dibuat dalam dua bagian dan berputar dengan
cepat. Pengaduk propeler digunakan untuk mengaduk bahan dengan
viskositas rendah (pada viskositas yang tinggi, biasanya bahan
tidak dapat digerakkan oleh propeler) pada kecepatan berkisar
antara 400 hingga 1750 rpm (revolutions per minute).2) 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 diamter
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.
Gambar 1.6.Pengaduk Turbin pada bagian variasi
(Tatterson,1991)Pada turbin dengan daun yang dibuat miring
sebesar45o, seperti yang terlihat pada Gambar 7, 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.
Gambar 1.7.Pengaduk Turbin Baling-baling (Tatterson,1991)3)
Pengaduk Dayung(Paddle)/Alat Pengaduk JangkarBerbagai jenis
pengaduk dayung biasanya digunakan pada kesepatan 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.
Gambar 1.8.Pengaduk Jenis Dayung (Paddle) berdaun dua
(Tatterson,1991)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, yang terlihat pada Gambar 8 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.4) Pengaduk Helical-RibbonJenis
pengaduk ini digunakan pada larutan pada kekentalan yang tinggi dan
beroperasi pada rpm yang rendah pada bagian laminer. Ribbon (bentuk
seperti pita) dibentuk dalam sebuah bagian helical (bentuknya
seperti baling-balling helicopter dan ditempelkan ke pusat sumbu
pengaduk). Cairan bergerak dalam sebuah bagian aliran berliku-liku
pada bagiam bawah dan naik ke bagian atas pengaduk.
Gambar 1.9.Pengaduk Jenis (a), (b) & (c) Hellical-Ribbon,
(d) Semi-Spiral (Tatterson,1991)e. Kecepatan PengadukSalah satu
variasi dasar dalam proses pengadukan dan pencampuran adalah
kecepatan putaran pengaduk yang digunakan. Variasi kecepatan
putaran pengaduk bisa memberikan gambaran mengenai pola aliran yang
dihasilkan dan daya listrik yang dibutuhkan dalam proses pengadukan
dan pencampuran. Secara umum klasifikasi kecepatan putaran pengaduk
dibagi tiga, yaitu : kecepatan putaran rendah, sedang dan
tinggi.
1) Kecepatan Putaran Rendah
Kecepatan rendan yang digunakan berkisar pada kecepatan 400 rpm.
Pengadukan dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk minyak
kental, lumpur dimana terdapat serat atau pada cairan yang dapat
menimbulkan busa.Jenis pengaduk ini meghasilkan pergerakanbatchyang
empurna dengan sebuah permukaan fluida yang datar untuk menjaga
temperatur atau mencampur larutan dengan viskositas dan gravitasi
spesifik yang sama.2) Kecepatan Putaran Sedang
Kecepatan sedang yang digunakan berkisar pada kecepatan 1150
rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk larutan
sirup kental dan minyak pernis. Jenis ini paling sering digunakan
untuk meriakkan permukaan pada viskositas yang rendah, mengurangi
waktu pencampuan, mencampuran larutan dengan viskositas yang
berbeda dan bertujuan untuk memanaskan atau mendinginkan.3)
Kecepatan Putaran Tinggi
Kecepatan tinggi yang digunakan berkisar pada kecepatan 1750
rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk fluida
dengan viskositas rendah misalnya air. Tingkat pengadukan ini
menghasilkan permukaan yang cekung pada viskositas yang rendah dan
dibutuhkan ketika waktu pencampuran sangat lama atau perbedaan
viskositas sangat besar.f. Jumlah PengadukPenambahan jumlah
pengaduk yang digunakan pada dasarnya untuk tetap menjaga
efektifitas pengadukan pada kondisi yang berubah. Ketinggian fluida
yang lebih besar dari diameter tangki, disertai dengan viskositas
fluida yang lebih besar dann diameter pengaduk yang lebih kecil
dari dimensi yang biasa digunakan, merupakan kondisi dimana
pengaduk yang digunakan lebih dari satu buah, dengan jarak antar
pengaduk sama dengan jarak pengaduk paling bawah ke dasar tangki.
Penjelasan mengenai kondisi pengadukan dimana lebih dari satu
pengaduk yang digunakan dapat dilihat dalam Tabel 1.Tabel 1.Kondisi
untuk Pemilihan PengadukSatu PengadukDua Pengaduk
Fluida dengan viskositas rendahFluida dengan vikosits sedang dan
tinggi
Pengaduk menyapu dasar tangkiPengaduk pada tangki yang dalam
Kecepatan balik aliran yang tinggiGaya gesek aliran besar
Ketinggian permukaan cairan yang bervariasiUkuran mounting
nozzle yang minimal
(Sumber : Kurniawan, 2011)g. Pemilihan PengadukViskositas dari
cairan adalah salah satu dari beberapa faktor yang mempengaruhi
pemilihan jenis pengaduk. Indikasi dari rentang viskositas pada
setiap jenis pengaduk adalah : (Walas,1988)1) Pengaduk jenis
baling-baling digunakan untuk viskositas fluida di bawah Pa.s (3000
cP).
2) Pengaduk jenis turbin bisa digunakan untuk viskositas di
bawah 100 Pa.s (100.000 cp).
3) Pengaduk jenis dayung yang dimodifikasi seperti pengaduk
jangkar bisa digunakan untuk viskositas antara 50 - 500 Pa.s
(500.000 cP).
4) Pengaduk jenis pita melingkar biasa digunakan untuk
viskositas di atas 1000 Pa.s dan telah digunakan hingga viskositas
25.000 Pa.s. Untuk viskositas lebih dari 2,5 - 5 Pa.s (5000 cP) dan
diatasnya, sekat tidak diperlukan karena hanya terjadi pusaran
kecil.
1.2.4. Pola Arus Dalam Bejana Aduk
Meningkatkan kecepatan pengaduk akan menghasilkan pola aliran
yang sangat turbulen. Akibatnya terjadi arus putar (vortex) yang
dapat mencapai sumbu pengaduk. Beberapa cara untuk mencegah
terjadinya vortex dalam proses pengadukan antara lain:
(Walas,1988)1. Tidak memasang pengaduk di tengah tangki (off
center). Poros pengaduk digeser dari pusat tangki kemudian
dimiringkan secara tegak lurus terhadap pergeseran itu. Digunakan
untuk tangki berukuran kecil.
2. Untuk tangki yang berukuran besar. Pengaduk dipasang pada
sisi tangki dengan poros pada bidang horizontal.
3. Memasang beberapa sekat secara vertikal terhadap dinding
tangki.
(a) (b) (c) (d)
Gambar 1.10. Pola alir pengadukan. (a) Axial atau radial pada
tangki tidak bersekat. (b) Posisi off-center untuk menghindari
terjadinya vortex. (c) Axial pada tangki bersekat. (d) Radial pada
tangki bersekat.(Walas,1988).1.2.5. Parameter Hidrodinamika dalam
Tangki BerpengadukHidrodinamika fluida yang terjadi dalam tangki
berpengaduk dapat diturunkan dalam suatu korelasi empiris antara
bilangan Reynolds, Power, dan Fraude (Mc. Cabe et al, 1985). 1.
Bilangan Reynold
Bilangan Reynolds merupakan bilangan tidak berdimensi yang
menyatakan perbandingan antara gaya inersia dan gaya viskos.
Persamaan untuk menghitung bilangan Reynolds seperti ditunjukkan
pada persamaan (1) sebagai berikut :
(1)Dimana:
NRe= bilangan Reynolds
= densitas fluida (kg/m3)
N= kecepatan pengaduk (rad/s)
Da= diameter pengaduk (m)
= viskositas fluida (kg/m.s)
Bilangan Reynolds mengklasifikasikan karakteristik sirkulasi
dalam proses pengadukan didalam tangki menjadi 3 (Brodkey and
Hershey,1998), yaitu:
1. Laminar
Rezim laminar dalam pengadukan mempunyai bilangan Reynolds yang
nilainya kurang dari 10.
2. Transisi
Rezim transisi memiliki bilangan Reynolds mulai dari 10 hingga
10.000 bergantung pada pengaduk yang digunakan.
3. Turbulen
Rezim turbulen pada tangki memiliki bilangan Reynoldslebih dari
10.000. Pada sistem tanpa sekat daerah turbulen ditandai dengan
terjadinya vortex di sekitar pengaduk. 2. Bilangan Power
Bilangan tak berdimensi lainnya adalah bilangan daya. Persamaan
yang digunakan untuk menghitung bilangan daya seperti yang
ditampilkan oleh persamaan (2) sebagai berikut (Brodkey and
Hershey,1998) :
..................................................................................(2)Dimana:
NPo= bilangan daya
= densitas fluida (kg/m3)
N= kecepatan pengaduk (rad/s)
Da= diameter pengaduk (m)
P= daya (watt)
Pada sistem bersekat, bilangan daya sangat bergantung pada
bilangan Reynolds. Namun pada saat bilangan Reynolds mencapai nilai
besar dari 104 (aliran turbulen). Bilangan daya akan konstan dan
tidak lagi bergantung pada bilangan Reynolds.
Bilangan Reynolds dan bilangan daya diperlukan untuk membuat
kurva karakteristik pengadukan. Skala yang dipakai pada kurva ini
adalah skala logaritmik. Kurva karakteristik pengadukan merupakan
suatu kurva yang menyatakan hubungan antara bilangan daya dan
bilangan Reynolds. Bilangan daya berada pada sumbu y dan bilangan
Reynolds berada pada sumbu x.
3. Bilangan Fraude
Bilangan tak berdimensi ini menunjukkan perbandingan antara gaya
inersia dengan gaya gravitasi. Bilangan Fraude dapat dihitung
dengan persamaan berikut (Brodkey and Hershey,1998) :
.......................................................
(4)dimana :
Fr= Bilangan Fraude
N= Kecepatan Putaran Pengaduk
D= Diameter Pengaduk
g= Percepatan GravitasiBilangan Fraude bukan merupakan variabel
yang signifikan. Bilangan ini hanya diperhitungkan pada sistem
pengadukan dalam tangki tidak bersekat. Pada sistem ini permukaan
cairan dalam tangki akan dipengaruhi gravitasi, sehingga membentuk
pusaran (vortex). Vorteks menunjukkan keseimbangan antara gaya
gravitasi dengan gaya inersia.1.2.6. Kurva Karakteristik
Kurva karakteristik merupakan suatu kurva yang menyatakan
hubungan antara bilangan Reynold terhadap bilangan daya. Dengan
menggunakan kurva karakteristik, kita dapat menentukan besarnya
daya yang diperlukan pada bilangan Reynold tertentu. Hal ini sangat
membantu, karena sulit untuk menentukan jumlah daya yang diperlukan
impeller pada pengadukan skala industri.
Kurva karakteristik pengadukan dibentuk dengan menggunakan skala
logaritmik dari komponen absis maupun ordinatnya. Kurva tersebut
memiliki kemiringan (gradien) yang negatif. Artinya, menunjukkan
adanya hubungan yang berbanding terbalik antara komponen absis dan
komponen ordinatnya, yakni bilangan Reynold dan bilangan Daya.
Contoh bentuk kurva karakteristik untuk tangki bersekat berpengaduk
jenis six-blade turbin dapat dilihat pada Gambar 1.11 (Brodkey and
Hershey,1998).
Gambar 1.11. Kurva karakteristik untuk pengaduk tipe six-blade
turbine pada tangki bersekat (Brodkey and Hershey,1998).
Dari Gambar 1.11. tampak digunakan pengaduk jenis turbin dengan
perbandingan W (lebar) dengan D (diameter) yang berbeda, yaitu 1/5
dan 1/8. Selain itu, bentuk blade pada masing-masing turbin juga
berbeda. Hal itu mempengaruhi bilangan daya yang diperlukan untuk
pengadukan.
1.2.7. Densitas dan Viskositas Fluida
Untuk menentukan bilangan Reynolds dan bilangan daya diperlukan
data densitas dan viskositas dari fluida yang diaduk. Densitas
merupakan sifat fisis dari fluida yang menyatakan banyaknya massa
per satuan volume dan viskositas adalah sifat fisis yang menyatakan
ketahanan fluida terhadap gerakan alirannya.
Pengukuran densitas dilakukan dengan menggunakan piknometer.
Prinsip kerja piknometer dalam menentukan densitas suatu fluida
adalah dengan menghitung massa fluida per volume piknometer. Untuk
menentukan densitas fluida dapat dilihat pada persamaan (4) sebagai
berikut :
............................
(5)
Dimana :m1 = massa piknometer berisi fluida (gr)
m0 = massa piknometer kosong (gr)
V = volume (cm3)
= densitas fluida (gr/cm3)
Pengukuran viskositas dilakukan dengan menggunakan viskometer.
Jenis viskometer yang dapat digunakan antara lain (Bird, 1993):
1. Viskometer kapilerPrinsip kerja viskometer kapiler adalah
menghitung waktu yang diperlukan oleh fluida yang mengalir melalui
pipa kapiler untuk menempuh ketinggian tertentu.
2. Viskometer bola jatuh
Pada viskometer jenis ini, suatu benda berbentuk bola dijatuhkan
di dalam tabung yang berisi fluida yang akan diukur viskositasnya.
Prinsip kerjanya ialah menghitung waktu yang diperlukan oleh bola
untuk mengalir menempuh jarak tertentu di dalam tabung yang berisi
fluida. Viskositas fluida () dapat ditentukan melalui persamaan (5)
berikut :
(6)
Dimana :
r = jari-jari kelereng (m)
v = kecepatan jatuh kelereng (m/s)
= viskositas fluida (kg/m.s)
g = kecepatan gravitasi (m/s2)
DAFTAR PUSTAKA
Bird, Tony.1993. Kimia Fisik Untuk Universitas. Jakarta: PT
GramediaBrodkey, R.S. and H.C. Hersey. 1998. Transport Phenomena-A
Unifield Approach, McGraw-Hill Book Co. Inc. Singapore.
Geankoplis, C.J. 1993. Transport Process and Unit Operation, 3rd
edition, Prentice Hall Inc., Englewood Cliffs, New JerseyKurniawan,
Rahmat. 2011. Pengadukan dan Pencampuran.
http://tekimku.blogspot.com/2011_08_21_archive.html. Diakses 27
September 2013.Mc Cabe, W.L., J.C Smith and P. Harriot. 1985. Unit
Operation of Chemical Engineering, 5th edition. McGraw-Hill Book
Co. Inc. New York.
Tatterson, Gary B. 1991. Fluid mixing and gas dispersion in
agitated tanks. McGraw-Hill. Michigan.
Winanti H, dkk. 2012. Teknik Pencampuran Bahan Padat-Cair
Berbasis Pengadukan Dalam Sediaan Farmasi.
http://tsffarmasiunsoed2012.wordpress.com/2012/05/23/teknikpencampuran-bahan-padat-cair-berbasis-pengadukan/.
Diakses 27 September 2013.Wallas, Stanley. 1988. Chemical Process
Equipment, Selection and Desain., Butterworth-Heinneman. USA. EMBED
Equation.3
_1442269440.unknown