Page 1
6
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Pengendapan
1. Pengertian pengendapan
Pengendapan merupakan proses pemisahan larutan suspensi menjadi fluida
jernih supernatant dan slurry yang mengandung konsentrasi padatan lebih tinggi.
Larutan suspensi terdiri dari campuran fase cair dan fase padat yang
bersifat settleable, dapat diendapkan karena perbedaan density antar fasenya.
Proses pengendapan dapat dilakukan neraca batch dan continue.
Proses batch sering dipergunakan untuk skala laboratorium yang
menggambarkan proses sedimentasi sederhana, sedangkan proses continiu
dipergunakan dalam skala komersial dengan mempertimbangkan kecepatan
pengendapan terminal dari partikel – partikelnya. Percobaan skala laboratorium
dilakukan pada suhu uniform untuk menghindari gerakan fluida atau konveksi
karena perbedaan densitasnya yang dihasilkan dari perbedaan temperatur.
2. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kecepatan pengendapan
a. Konsentrasi
Semakin besarnya konsentrasi, gaya gesek yang dialami partikel karena
partikel lain semakin besar sehingga drag forcenya pun semakin besar. Peristiwa
ini disebabkan karena dengan semakin besarnya konsentrasi berarti semakin
banyak jumlah partikel dalam suatu suspensi yang menyebabkan bertambahnya
gaya gesek antara suatu partikel dengan partikel yang lain. Drag force atau gaya
Page 2
7
seret ini bekerja pada arah yang berlawanan dengan gerakan partikel dalam fluida,
sehingga gaya drag ke arah atas dan gerakan partikel ke bawah.
Gaya seret ini disebabkan oleh adanya transfer momentum yang arahnya
tegak lurus permukaan partikel dalam bentuk gesekan maka, dengan adanya drag
force yang arahnya berlawanan dengan arah partikel ini akan menyebabkan
gerakan partikel menjadi lambat karena semakin kecilnya gaya total ke bawah
sehingga kecepatan pengendapan semakin turun.
b. Ukuran partikel
Ukuran partikel berpengaruh langsung terhadap diameter partikel. Jika ukuran
partikel semakin besar maka semakin besar pula permukaan dan volumenya. Luas
permukaan partikel berbanding lurus dengan gaya drag dan volume partikelnya
berbanding lurus dengan gaya apungnya. Peristiwa ini disebabkan gaya ke atas
(gaya drag dan gaya apung) semakin besar sehingga gaya total untuk
mengendapkan partikel semakin kecil sehingga kecepatan pengendapan semakin
menurun.
c. Jenis partikel
Jenis partikel berhubungan dengan density partikel yang berpengaruh
terhadap gaya apung dan gaya gravitasi yang dapat mempengaruhi kecepatan
pengendapan suatu partikel dalam suatu fluida yang statis. Density partikel yang
semakin besar akan menyebabkan gaya apung semakin kecil sedangkan gaya
gravitasi semakin besar, sehingga resultan gaya ke bawah yang merupakan
Page 3
8
penjumlahan dari gaya drag, gaya apung dan gaya gravitasi akan semakin besar
pula, ini berarti kecepatan pengendapannya akan semakin besar.
Kecepatan pengendapan dapat ditentukan dengan mengamati
tinggi interface (antarfase) sebagai fungsi waktu yang diberikan. Pada point ini,
tinggi Z1 dan Z2 adalah intercept tangen kecepatan pengendapan (sedimentation
rate)(McCabe, W.L, Smith, J.C, Harriott, P, 1990).
Sedimentasi merupakan salah satu bagian dari proses pemisahan yang
didasarkan atas gerakan partikel zat padat melalui fluida akibat adanya gaya
gavitasi. Kecepatan sedimentasi dapat bertambah dengan adanya flokulan. Efek
flokulasi yang menyeluruh adalah menciptakan penggabungan partikel – partikel
halus menjadi partikel yang lebih besar sehingga dengan mudah dapat
diendapkan. Penggabungan antara partikel – partikel yang dapat terjadi apabila
ada kontak antara partikel tersebut. Kontak partikel dapat terjadi dengan cara –
cara berikut.(McCabe, W.L, Smith, J.C, Harriott, P, 1990).
1. Kontak yang disebabkan oleh gerak Brown (gerak acak partikel koloid
dalam medium pendispersi)
2. Kontak yang disebabkan atau dihasilkan oleh gerakan cairan itu sendiri
akibat adanya pengadukan.
Kontak yang dihasilkan dari partikel yang mengendap yaitu dengan
adanya tumbukan antara partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan lebih
besar dengan partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan lebih kecil.
Page 4
9
Y
Tinggi Proses pengendapan
lapisan
(Z)
X
Waktu (t)
Gambar 1. Kurva hasil tes untuk proses sedimentasi
Gradien (slope) dari kurva pada sembarang titik waktu menunjukkan
kecepatan pengendapan suspensinya dan merupakan karakteristik suatu
konsentrasi padatan spesifik. Sebagian permulaan kurva tersebut cenderung linear
sesuai dengan kecepatan pengendapan konstan larutan pada konsentrasi awal.
Thickening daerah permulaan tersebut menunjukkan bagian kecil yang sangat
kecil dibanding waktu thickening total.
Ketika waktunya meningkat, kecepatan pengendapannya menurun. Suatu
cara untuk menjelaskannya yaitu dengan asumsi bahwa kecepatan pengendapan
sebanding dengan konsentrasi padatan yang terkumpul. Ketika daerah dengan
kecepatan pengendapan konstan terlampaui (Gambar 1), setiap titik pada kurva
menunjukkan konsentrasi padatan yang berbeda – beda. Perlu ditekankan bahwa
kurva pengendapan yang ditunjukkan dalam percobaan laboratorium hanya
berlaku bagi slurry yang dipakai dan oleh sebab itu hasilnya mungkin mempunyai
beberapa penyimpangan kecil. Persamaan empiris yang sering digunakan
dalam menghitung kecepatan sedimentasi (Brown, 1950).
Page 5
10
dz/dt = Z1−Z2
t1−0...........................................................[1]
Dimana :
dz/dt :Kecepatan pengendapan (cm/menit)
Z1 :Tinggi larutan suspensi (cm)
Z2 :Tinggi slurry dan supernatant (cm)
t1 :Waktu (menit)
2.1. Hukum – Hukum yang Mempengaruhi Sedimentasi
1) Hukum Newton I
Suatu benda akan tetap bergerak dalam kecepatan tetap atau diam bila
jumlah gaya yang berkerja pada benda sama dengan nol.
F = 0
2) Hukum Newton II
Gaya yang berkerja pada suatu benda akan berbanding lurus dengan massa
benda dan sebanding dengan percepatan pada benda .
F = m. a
3) Hukum Newton III
Suatu gaya sebetulnya adalah hasil interaksi dari dua benda tapi arahnya
berlawanan.
Faksi = Freaksi
4) Hukum Archimedes
Suatu benda dalam suatu fluida mendapatkan gaya apung yang besarnya sama
dengan berat fluida yang dapat dipindahkan oleh benda tersebut.
Page 6
11
5) Hukum Stokes
Suatu benda dengan jari – jari (r) dijatuhkan dalam suatu fluida yang
mempunyai kekentalan maka gaya yang berkerja pada benda tersebut adalah
beratnya sendiri.
Partikel di dalam suatu fluida tertentu mengendap dibawah pengaruh gaya
gravitasi pada laju maksimum tertentu. Untuk meningkat laju dari suatu
pengendapan tertentu, maka gaya grafitasi yang berkerja pada suatu partikel itu
dapat digantikan dengan gaya sentrifugal yang lebih kuat.
Gaya sentrifugal juga bermanfaat untuk pemisahan secara pengendapan dan
penyaringan. Kedua cara tersebut bila menggunakan gaya sentrifugal sebagai gaya
pendorong disebut sentrifugal dan peralatanya disebut sentrifugasi dan peralatnya
disebut Centrifuge.
Penjernihan dilakukan untuk dapat memisahkan suspensi yang mengandung
bahan padat yang lebih berat dengan kecepatan pengendapan yang lebih baik atau
bahan padat yang lebih ringan dengan kecepatan pengapungan yang baik. Proses
ini, kecepatan pemisahan – pemisahan oleh gaya berat adalah tinggi jika terdapat
perbedaan yang besar antara kerapatan cairan dan kerapatan bahan padat. Apabila
perbedaan itu kecil maka pemisahan metode ini tidak ekonomis. Kecepatan
pemisahan dapat diperbesar beberapa kali dengan menggunakan gaya – gaya
sentrifugal, selanjutnya kecepatan pemisahan akan dapat dipengaruhi oleh
perbandingan luas permukaan terhadap massa oleh bentuk padatan dan volume
viskositas cairan tersebut. (Brown G.G weilley and sons,”Unit Operation”, 1991)
Page 7
12
3. Gaya yang bekerja pada partikel yang dalam keadaan bergerak di
dalam fluida :
a. Gaya luar, gravitasi atau sentrifugal
b. Gaya apung (buoyant force), yang bekerja sejajar dengan gaya luar, tetapi
pada arah yang berlawanan.
c. Gaya seret, yang selalu terdapat bilamana ada gerakan relatif antara partikel
dan fluida. Gaya seret itu bekerja melawan gerakan sejajar dengan arah
gerakan partikel tetapi berlawanan arah.(Warren L.Mc cabe dkk, 1993)
1. Fluida
Fluida adalah sub – himpunan dari fase benda termasuk cairan, gas,
plasma dan padat plastik. Fluida memiliki sifat tidak menolak terhadap perubahan
bentuk dan kemampuan untuk mengalir (umumnya kemampuannya untuk
mengambil bentuk dari wadah mereka). Sifat ini biasanya dikarenakan sebuah
fungsi dari ketidakmampuan mereka mengadakan tegangan geser (shear stress)
dalam ekuilibrum statik. Konsekuensi dari sifat ini adalah Hukum Pascal yang
menekankan pentingnya tekanan dalam mengarakterisasi bentuk fluida.
Kesimpulan bahwa fluida adalah zat atau entitas yang terdeformasi secara
berkesinambungan apabila diberi tegangan geser walau sekecil apapun tegangan
geser itu. Fluida dapat dikarakterisasikan sebagai berikut :
a. Fluida newtonian
Fluida Newtonian (istilah yang diperoleh dari nama Isaac Newton) adalah
suatu fluida yang memiliki kurva tegangan/regangan yang linear. Contoh umum
Page 8
13
dari fluida yang memiliki karakteristik ini adalah air . Keunikan dari fluida
newtonian adalah fluida ini akan terus mengalir sekalipun terdapat gaya yang
bekerja pada fluida. Faktor ini disebabkan karena viskositas dari suatu fluida
newtonian tidak berubah ketika terdapat gaya yang bekerja pada fluida. Viskositas
dari suatu fluida newtonian hanya bergantung pada temperatur dan tekanan.
b. Fluida Non Newtonian
Fluida non newtonian adalah suatu fluida yang akan mengalami perubahan
viskositas ketika terdapat gaya yang bekerja pada fluida tersebut,sehingga
menyebabkan fluida non newtonian tidak memiliki viskositas yang konstan.
Berkebalikan dengan fluida newtonian pada fluida newtonian viskositas bernilai
konstan sekalipun terdapat gaya yang bekerja pada fluida. Fluida yang tegangan
gesernya tidak berhubungan secara linear terhadap regangan disebut
sebagai fluida non newtonian. Campuran antara bubuk jagung, ketika ditempatkan
pada tempat yang rata, mengalir mejadi menipis. Namun ketika campuran
diganggu dengan acak, terlihat seperti kerusakan dan bersifat seperti zat padat.
Campuran merupakan tegangan geser non newtonian menipiskan fluida dan
menjadikan lebih kental pada saat tegangan geser meningkat melalui aksi sendok
yang acak. Sebaliknya bila fluida non newtonian diaduk akan tersisa suatu lubang.
Lubang ini akan terisi seiring dengan berjalannya waktu. Sifat seperti ini dapat
teramati pada material – material seperti puding.
Peristiwa lain yang terjadi saat fluida non newtonian diaduk adalah
penurunan viskositas yang menyebabkan fluida tampak lebih tipis (dapat dilihat
Page 9
14
pada cat). Banyak tipe fluida non newtonian yang kesemuanya memiliki properti
tertentu yang berikut contoh cairan non newtonian. Suatu cairan non newtonian
disebut bersifat dilatant, apabila hambatan akan membesar ketika tegangan geser
yang bekerja padanya makin besar, atau cairan menjadi seolah – olah makin
kental jika teraduk. Dilatant yang bukan newtonian berupa campuran pigmen, zat
pewarna, tinta, pengental seperti kanji/tapioka, silicone, pasta-PVC, drilling fluid,
mud, dll.
Suatu cairan non newtonian disebut bersifat pseudoplastic, apabila hambatan
akan berkurang ketika tegangan geser yang bekerja padanya makin besar atau
cairan menjadi seolah – olah makin encer jika teraduk, selain itu terdapat perilaku
aneh lain dari fluida non newtonian.
a. Sifat plastic, misal permen karet
b. Ideal bingham, misal odol dan emulsi
c. Thixotrop, misal pasir apung, daging giling, pasta ikan
d. Rheopex, misal epoxyrubah pada keadaan tertentu.
2. Proses Pengendapan
Berdasarkan ada tidaknya pengaruh terhadap jatuhnya suatu partikel yang
akan mengendap, proses sedimentasi terbagi menjadi dua yaitu :
a. Free Settling
Peristiwa ini terjadi jika jumlah partikel dalam pengendapan cukup sedikit,
partikel cukup jauh dari dinding dan jarak antara partikel satu dengan partikel
yang lain cukup jauh, sehingga jatuhnya partikel dalam suatu fluida tidak
Page 10
15
dipengaruhi oleh dinding dan faktor benturan dengan partikel lain, maka laju
pengendapan akan semakin cepat. Gaya total yang terdapat dalam partikel adalah
sebagai berikut :
F = Fg – Fb – Fd.....................................................[2]
Dimana :
F : Gaya total dalam partikel (N)
Fg : Gaya gravitasi efektif (N)
Fb : Gaya friksi antara dinding dan partikel (N)
Fd : Gaya tarik (N)
Gaya total ini sama dengan gaya yang bekerja pada partikel, yang
mempercepat partikel persamaan di atas menjadi :
m. (dv/dt ) = Fg – Fb – Fd......................................[3]
Dimana:
m : Massa (g)
dv/dt : Percepatan partikel (m/dt2)
Fg : Gaya gravitasi efektif (N)
Fb : Gaya friksi antara dinding dan partikel (N)
Fd : Gaya tarik (N)
b. Hindered settling
Hindered terjadi apabila konsentrasi padatan itu tinggi, maka pertikel tidak
dapat mengendap secara bebas, karena aliran pertikel yang satu akan
Page 11
16
mempengaruhi aliran disekitar partikel yang lain karena jumlah partikel cukup
banyak, maka partikel yang satu dengan partikel yang lain akan saling berdesakan,
sehingga kecepatan pengendapan partikel akan semakain kecil.
Dalam pengamatan di laboratorium, kondisi seperti ini dapat terjadi jika
digunakan peralatan dengan diameter kecil, maka partikel yang mengendap
tersebut dipengaruhi oleh halangan (hindered).
c. Kompresi
Zona ini partikel – partikel berada dalam keadaan yang sangat dekat dengan
partikel – partikel lainnya. Liquid yang berada diantara partikel – partikel tersebut
akan dikeluarkan menuju ke zona liquid yang jernih yang berada di atasnya, dari
proses ini akan diperoleh endapan yang diharapkan
Waktu proses pengendapan suatu endapan dapat terjadi suatu zat yang
biasanya dapat larut akan terbawa mengendap dan peristiwa ini disebut
kopresipitasi. Contoh suatu larutan barium klorida yang mengandung sedikit ion
nitrat dan ke dalam larutan ini ditambah pengendap asam sulfat maka endapan
barium sulfat akan mengandung barium nitrat. Konteks ini diistilahkan nitrat
tersebut dikopresipitasi bersama sulfat.
Kopresipitasi dapat terjadi karena terbentuknya kristal campuran atau
adsorpsi ion – ion selama proses pengendapan. Kristal campuran ini memasuki
kisi kristal endapan, sedangkan ion – ion yang teradsorpsi ditarik ke bawah
bersama – sama endapan pada proses koagulasi.
Page 12
17
1. Endapan Kristalin
Waktu pembentukan endapan kristalin seperti bariumsulfat, ketidakmurnian
teradsorpsi sewaktu partikel – partikel endapan masih kecil. Ketika partikel
tersebut membesar dapat terjadi pengotor tersebut berada atau masuk dalam
kristal. Pengotoran jenis ini disebut oklusi. Kopresipitasi dapat dikurangi tetapi
tidak dapat dihilangkan sama sekali, dengan cara penambahan kedua pereaksi itu.
Bila diketahui bahwa sampel atau pengendap mengandung ion pengotor maka
larutan ini dapat ditambahkan kepada larutan yang lain. Konsentrasi pengotor
dapat dijaga agar minimum pada tahap – tahapan awal presipitasi.
Kemurnian suatu endapan kristalin dapat ditingkatkan dengan jalan disaring,
dilarutkan kembali (ulang) dan kemudian diendapkan kembali. Dapat dilakukan
bila endapan tersebut mudah dilarutkan. Tetapi endapan barium sulfat yang tidak
mudah dilarutkan kembali, kemurniannya dapat ditingkatkan dengan proses
penuaan atau pencernaan.
2. Endapan selai/gelatin
Partikel – partikel endapan selai jumlahnya lebih banyak dan jauh lebih kecil
ukurannya dibandingkan partikel endapan kristalin. Karena kecil maka luas
permukaan pada larutannya sangat besar/luar biasa besarnya. Keadaan seperti ini
mengakibatkan teradsorpsinya air dalam jumlah relatif besar. Peristiwa ini
menyebabkan endapan tersebut mirip gelatin dan adsorpsi ion – ion lainnya sangat
ekstensif. Partikel – partikel endapan selai tidak mudah tumbuh menjadi besar dan
pengotor tidak akan masuk ke dalam endapan tapi akan terikat pada permukaan
partikel – partikel kecil tadi.
Page 13
18
Ion – ion hidrogen dan hidroksida mudah teradsorpsi oleh endapan selai
seperti Fe(OH)3 dan Al(OH)3. Besi (III) hidroksida bermuatan positif pada pH ñ
8,5 tetapi bermuatan negatif pada pH lebih tinggi dari itu. Untuk meningkatkan
kemurnian endapan selai dapat dilakukan dengan pencucian atau pengendapan
ulang. Proses pencernaan tidak berguna karena endapan selai tersebut sedikit
sekali dapat larut sehingga partikel – partikelnya tidak terlalu cenderung tumbuh
untuk membesar.
B. Pemisahan secara gravitasi
1. Prinsip Pemisahan Secara Gravitasi, Gravity Separation
Gravity separation merupakan Operasi konsentrasi atau pemisahan satu
mineral atau lebih dengan mineral lainnya yang memanfaatkan perbedaan nilai
density, berat jenis dari mineral – mineral yang akan dipisah. Mineral – meneral
yang terdapat dalam bijih akan merespon gaya gravitasi sesuai dengan nilai
density yang dimilikinya. Mineral – mineral yang memiliki density tinggi,
biasanya disebut dengan mineral berat, sedangkan mineral yang memiliki density
rendah biasa disebut mineral ringan.
Media yang digunakan pada pemisahan secara gravitasi adalah fluida, bisa air
atau udara. Umumnya media pisahnya adalah air. Media fluida partikel bergerak
sesuai dengan density dan ukurannya.
Page 14
19
2. Gerakan Partikel Pada Bidang Vertikal
Fluida bidang vertical, mineral berat akan memiliki kecepatan pengendapan
yang tinggi. Mineral ini akan memiliki lintasan yang relative lebih jauh dibanding
dengan mineral ringan untuk satuan waktu yang sama. Perbedaan kecepatan
relative antar partikel mineral dalam fluida inilah yang kemudian dimanfaatkan
untuk operasi pemisahan.
Jarak tempuh partikel mineral ditentukan oleh density dan ukuran jika density
beda tapi ukuran sama, maka mineral berat akan melintas lebih dulu. Jika density
sama tapi ukuran beda, maka mineral besar akan memiliki kecepatan lebih tinggi
dan melintas lebih dulu.
Bijih dengan sejumlah partikel mineral dengan density dan ukuran beda
diendapkan dalam tabung berisi air. Setiap mineral akan mengendap dengan
kecepatan sesuai dengan density dan ukurannya. Tabung akan tersusun lapisan
berdasarkan density dan ukuran. Lapisan ini disebut stratifikasi mineral. Lapisan
paling bawah ditempati oleh mineral berat dengan ukuran besar. Mineral ini
mempunyai kecepatan pengendapan tertinggi. Lapisan di atasnya ditempati
mineral berat dan ringan yang memiliki lintasan sama(mineral berat dan ringan
memiliki kecepatan pengendapan sama). Lapisan teratas ditempati oleh mineral
ringan ukuran kecil atau mineral dengan kecepatan pengendapan terendah.
Mineral – mineral yang masuk dalam kelompok mineral berat misalnya
kasiterite, emas, galena, tembaga, wolframite, sedangkan mineral – mineral yang
dikelompokan dalam mineral ringan misalnya kuarsa, feldspar, mika, gypsum,
graphite.
Page 15
20
3. Gerakan Partikel Pada Aliran Tipis
Fluida bidang miring atau aliran tipis atau flowing film, gerakan partikel
mineral terdiri dari dua gerakan yaitu gerakan partikel sebelum mencapai dasar
bidang miring, dan gerakan partikel mineral pada dasar bidang miring.
4. Gerakan Partikel Sebelum Mencapai Dasar Bidang Miring
Sebelum mencapai dasar bidang miring, semua partikel mempunyai gaya aksi
ke bawah atau mengendap yang proposional dengan ukuran dan density. Waktu
yang bersamaan, dorongan fluida akan membawa partikel bergerak secara
horizontal. Setiap mineral akan memiliki empat gaya yaitu, gaya dorong fluida,
gaya gravitasi, gaya apung, dan gaya drag. Keempat gaya ini akan menentukan
perilaku atau pergerakan mineral selama mengendap untuk mencapai landasan
atau dasar bidang miring.
Setiap mineral akan mencapai dasar bidang miring sesuai dengan density dan
ukurannya. Mineral berat dengan ukuran besar akan mengendap dan mencapai
dasar lebih awal. Partikel ini memiliki lintasan terpendek, sedangkan partikel
ringan yang berukuran kecil akan mengendap terakhir dan melintas paling jauh.
5. Gerakan Partikel Pada Landasan Aliran (Dasar/Lantai)
Setelah mencapai dasar bidang miringnya, setiap pertikel mineral akan
dikenai distribusi kecepatan fluida atau gaya dorong fluida yang tidak sama.
Kecepatan fluida hampir nol pada pemukaan atau dasar bidang dan maksimum
pada interface atau antar muka fluida udara. Dasar bidang ini partikel akan
bergerak dengan cara menggelinding/rolling atau meluncur/sliding.
Page 16
21
Aksi rolling terjadi pada zona fluida dengan kecepatan yang relatif tinggi.
Aksi Roliing tergantung pada bentuk partikel dan kekasaran dari permukaan
bidang miringnya, sedangkan aksi sliding terjadi pada zona dengan kecepatan
rendah, dekat permukaan bidang datar. Aksi Sliding tergantung pada ke dalaman
lapisan fluida dan sudut bidang datarnya.
Gerakan partikel pada dasar bidang miring dipengaruhi oleh gaya dorong
fluida, gaya gravitasi , dan gaya gesek. Ketiga gaya ini akan bertanggung jawab
terhadap pergerakan pertikel dan resultan ketiga gaya inilah yang menentukan
posisi dari partikel di dasar bidang datar.
Jika partikel mempunyai density dan ukuran berbeda, maka pergerakan
partikel ditentukan oleh ukuran dan density. Partikel besar dan ringan bergerak
lebih cepat dari yang lainnya dan akan menempati posisi terdepan. Partikel –
partikel ini akan memiliki lintasan terjauh, sedangkan partikel – partikel kecil dan
berat akan bergerak paling lambat dan akan menempati posisi terakhir dan
memiliki lintasan terpendek(Utami, M, Rosa. 2014)
C. Partikel Penyusun Materi atau Zat
Partikel adalah sebuah satuan dasar dari benda atau materi, bisa juga
dikatakan partikel merupakan satuan bagian terkecil dari suatu materi. Jenis
partikel ini ada 3 yaitu atom, molekul, dan ion jadi, baik atom, molekul, dan ion
ketiganya merupakan satuan terkecil dari materi yg secara umum disebut partikel
Page 17
22
Gambar 2. Partikel dasar penyusun materi.
1. Atom
Atom adalah Satuan terkecil dari suatu materi yang terdiri atas inti, yang
biasanya mengandung proton (muatan+) dan neutron (netral), dan kulit yang
berisi muatan negatif yaitu elektron, ada juga yang menyebutkan bahwa atom
adalah partikel penyusun unsur.
2. Molekul
Molekul adalah gabungan dari beberapa atom unsur, bisa dua atau lebih,
artinya ketika berbicara molekul maka yang dibayangkan adalah gabungan atom –
atom (bukan satu atom). Molekul adalah partikel terkecil dari suatu
unsur/senyawa
3. Ion
Ion adalah atom yang bermuatan listrik yang mana disebut kation, dan ion
yang bermuatan negatif disebut anion. Kation dan anion dapat berupa ion tunggal
Page 18
23
hanya terdiri dari satu jenis atom atau dapat pula berupa ion poliatom
mengandung dua atau lebih atom yang berbeda.
D. Jenis – Jenis Materi atau Zat
Materi atau zat secara umum dibagi menjadi 2 bagian yaitu zat tunggal dan
campuran. Zat tunggal dapat berupa unsur, atau berupa senyawa, sedangkan
campuran dapat berupa campuran homogen atau berupa campuran heterogen.
Gambar 3. Bentuk materi
1. Unsur
Unsur adalah sekelompok atom yang memiliki jumlah proton yang sama pada
intinya. Jumlah ini disebut sebagai nomor atom unsur. Unsur didefinisikan pula
sebagai zat tunggal yang sudah tidak bisa dibagi – bagi lagi menjadi bagian yang
lebih kecil.
Page 19
24
2. Senyawa
Senyawa adalah zat tunggal yang terdiri atas beberapa unsur yang saling kait
– mengai. Senyawa dibentuk dari minimal 2 unsur yang berbeda. Walaupun
dibentuk dari unsur yang berbeda, namun senyawa tetap disebut zat tunggal,
karena sifat – sifat unsur yang membentuknya tidak dapat ditemukan pada
senyawa. Senyawa telah menjelma menjadi zat yang baru dengan ciri khas
senyawa adalah mempunyai perbandingan massa penyusun yang tetap, air
tersusun dari oksigen dan hidrogen dengan perbandingan massa unsur oksigen
banding hidrogen adalah selalu 8 : 1. Perbedaan antara senyawa dengan molekul
adalah setiap senyawa merupakan molekul namun setiap molekul belum tentu
senyawa. Senyawa adalah gabungan minimal 2 atom berbeda, sedangkan molekul
gabungan minimal 2 atom bisa sama bisa juga berbeda.
3. Campuran
Campuran adalah zat yang tersusun dari beberapa zat yang lain jenis dan
tidak tetap susunannya dari unsur dan senyawa. Campuran merupakan materi
yang terdiri dari dua atau zat tunggal. Materi yang kita jumpai sehari – hari
hampir semuanya campuran, bahkan kita sering membuat campuran bahan,
misalnya ketika kita membuat kopi atau teh manis.
Campuran dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu:
Campuran homogen = Larutan
Campuran Heterogen = Suspensi, dan
Campuran yang keadaannya antara suspensi dan larutan = Koloid
Page 20
25
a. Larutan
Larutan adalah campuran dua zat atau lebih yang terdiri dari zat terlarut dan
pelarut. Ukuran partikel larutan sangat kecil, kurang dari 1 nm, sehingga tidak
dapat dilihat dengan menggunakan microskop ultra sekalipun. dan tidak dapat
dibedakan antara zat terlarut dan medium pelarutnya. Zat dalam larutan tidak
dapat dipisahkan melalui penyaringan. Contoh larutan gula, kita tidak bisa
membedakan mana gula mana air dalam larutan gula. Beberapa contoh larutan
adalah larutan garam, larutan asam basa dan lain-lain.
b. Koloid
Koloid adalah campuran yang terdiri dari partikel terdispersi dan pertikel
pendispersi. Ukuran partikel koloid terletak antara 1 nm – 100 nm atau dengan
kata lain ukuran partikel koloid keadaannya antara suspensi dan larutan. Contoh
koloid adalah air susu, santan, air sabun, dan cat. Koloid tampak keruh tetapi
stabil (tidak memisah/mengendap).
c. Suspensi
Suspensi adalah campuran kasar dan bersifat heterogen. Ukuran partikel
suspensi lebih dari 100 nm dapat dipisahkan melalui penyaringan biasa,
melainkan dengan menggunakan penyaring ultra.
E. Viskositas
Kekentalan (viskositas) diartikan sebagai tahanan internal terhadap aliran, dan
beberapa ahli dapat juga mendefiniskan sebagai gesekan dari fluida. Kekentalan
Page 21
26
adalah nilai yang diukur dari tahanan fluida yang berubah bentuk karena tegangan
geser (shear stress) maupun tegangan tarik (tensile stess). Kehidupan sehari – hari
dapat kita jumpai pada fluida seperti air, jelly, madu, susu, dapat pula dikatakan
karena tegangan geser air kecil, sehingga mudah jatuh maka viskositas air lebih
kecil dibandingkan dengan madu, karena madu mempunyai tegangan geser
internal yang lebih besar, sehingga saat diteteskan madu lebih sulit untuk jatuh
dibandingkan dengan air.
Pengertian yang paling sederhana adalah bahwa semakin kecil nilai viskositas
maka semakin mudah suatu fluida untuk bergerak. Fluida ideal adalah fluida yang
tidak memiliki tahanan gesekan terhadap tegangan geser, atau biasanya disebut
juga dengan inviscid fluid, sedangkan fluida normal selalu mempunyai tahanan
gesekan terhadap 10 tegangan geser, yang disebut dengan viskos fluid. Rheology
adalah ilmu yang mempelajari aliran suatu benda. Yang didalamnya terdapat juga
konsep viskositas, thermofluid dan hubungan lainnya. Hubungan antara tegangan
geser, viskositas dan perubahan kecepatan dapat dipahami pada kasus aliran
diantara dua plat datar seperti yang ditunjukkan pada (gambar 1). Misalkan jarak
antar plat adalah y dan diantara plat tersebut terdapat fluida dengan isi yang
homogen. Asumsikan bahwa plat sangat luas dengan luas (A) yang besar,
pengaruh rusuk dapat dianggap tidak ada. Plat bagian bawah dianggap tetap lalu
diberikan gaya sebesar (F) pada plat atas. Bila ternyata gaya ini menyebabkan
material diantara dua plat bergerak dengan perubahan kecepatan (v), gaya yang
diberikan proposional dengan luas dan perubahan kecepatan.
Page 22
27
Sehingga rumus yang dapat digunakan sebagai berikut :
ν = μ
ρ....................................................................[4]
Dimana :
ν : viskositas
μ : viskositas dinamik (Pa s)
ρ : massa jenis
F. Massa Jenis
Massa jenis adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin
tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya.
Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total
volumenya. Sebuah benda yang memiliki massa jenis lebih tinggi (misalnya besi)
akan memiliki volume yang lebih rendah daripada benda bermassa sama yang
memiliki massa jenis lebih rendah (misalnya air). Satuan SI massa jenis
adalah kilogram per meter kubik (kg·m-3
). Massa jenis berfungsi untuk
menentukan zat. Setiap zat memiliki massa jenis yang berbeda. Satu zat
berapapun massanya berapapun volumenya akan memiliki massa jenis yang sama.
Page 23
28
Rumus untuk menentukan massa jenis adalah
.................................................................[5]
Dimana :
ρ : massa jenis
m : massa
V : volume.
Beberapa satuan massa jenis yang banyak digunakan antara lain sebagai berikut :
a. kilogram per meter kubik (kg/m3)
b. kilogram per liter (kg/L)
c. gram per milliliter (g/mL)
d. milligram per deciliter (mg/dL)
e. metric ton per meter kubik (t/m3)
f. gram per cubic centimeter (g/cc)
G. Energi Potensial
Energi potensial adalah energi yang dimiliki suatu benda karena memiliki
ketinggian tertentu dari tanah. Energi potensial ada karena adanya gravitasi bumi.
Ep = m x g x h........................................................[6]
Dimana :
Ep : Energi potensial (J)
m : massa benda (kg)
g : percepatan gravitasi (m/s2)
h : tinggi benda dari permukaan tanah (meter)
Page 24
29
1. Persamaan bernouli
Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang
menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida
akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip ini sebenarnya
merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa
jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya
dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Prinsip ini diambil
dari nama ilmuwan Belanda/Swiss yang bernama Daniel Bernoulli.
Hukum Bernoulli dalam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum
terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli; yang pertama berlaku untuk aliran tak-
termampatkan (incompressible flow), dan yang lain adalah untuk fluida
termampatkan (compressible flow).
H. Rolldos Mekanik RD
Rolldos mekanik RD merupakan suatu alat untuk pengutipan minyak yang
masih terkandung dalam sludge sebelum diproses di kolam limbah. Energi yang
digunakan untuk mengoperasikan alat ini dengan energi potensial dimana sludge
yang berasal dari bak fat pit dipompakan lalu ditampung pada bak umpan sebelum
menuju rolldos mekanik RD. Selanjutnya dialirkan ke rolldos mekanik RD
dengan drum umpan untuk memutarkan kincir penggerak sehingga drum rolldos
akan berputar juga serta mengutip kandungan minyak pada sludge. Roll drum
yang terbuat dari bahan besi memiliki luas penampang yang tidak terlalu licin
Page 25
30
sehingga kandungan minyak pada sludge dapat terkutip, namun faktor dari
keberhasilan pengutipan Roll drum adalah kecepatan putaran kincir penggerak.
Design yang telah diatur utuk transmisi putaran dengan rantai yang memiliki
dua buah gear. Gear besar dengan diameter 20 cm dan gear kecil 5 cm sehingga
putaran memiliki perbandingan 1:3 dimana kincir berputar tiga kali sedangkan
Roll drum berputar satu kali, ini diasusmsikan agar kecepatan pada Roll drum
jangan terlalu cepat dan terlalu lambat agar minyak efektif terkutip.