BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1.

Pengertian Pencampuran Pencampuran merupakan proses mencampurkan satu atau lebih bahan

dengan menambahkan satu bahan ke bahan lainnya sehingga membuat suatu bentuk yang seragam dari beberapa konstituen baik cair-padat, padat-padat, maupun cair-gas. Komponen yang jumlahnya lebih banyak lebih banyak disebut fase kontinyu dan yang lebih sedikit disebut fase disperse. (Fellows, 1988). Menurut Kusdarini (1997), tujuan pencampuran dengan menggunakan alat pencampur adonan (mixer) adalah untuk memperoleh adonan yang elastis dan menghasilkan pengembangan gluten yang diinginkan. Alat pencampur ini terdiri dari tempat untuk menampung bahan dan as stainless steel. As stainless steel yang bercabang tegak lurus berfungsi untuk mencampurkan bahan baku yang berputar akibat adanya puli penggerak. Batang-batang pengaduk tersebut akan memecah dan mengaduk bahan dengan meningkatkan pengacakan dan distribusi bahan, sehingga terjadi pencampuran. Campuran tersebut akan membentuk adonan yang kompak dan uniform. Prinsip pencampuran bahan banyak diturunkan dari prinsip mekanika fluida dan perpindahan bahan, karena pencampuran bahan akan ada bila terjadi gerakan atau perpindahan bahan yang akan dicampur baik secara horizontal ataupun vertikal. Ada dua jenis pencampuran, yaitu (1) pencampuran sebagai proses terminal sehingga hasilnya merupakan suatu bahan jadi yang siap pakai, dan (2) pencampuran merupakan proses pelengkap atau proses yang mempercepat proses lainnya seperti pemanasan, pendinginan atau reaksi kimia. Pada proses pencampuran diharapkan tercapai suatu derajat keseragaman tertentu. Derajat keseragaman ini berbeda-beda tergantung pada tujuan pencampuran yaitu keseragaman dalam konsentrasi satu macam bahan atau lebih, keseragaman suhu, atau keseragaman fisik tepung. Pencampuran ini dapat terjadi antara bahan solid-solid, solid-liquid, solid-gas, liquid-liquid, liquid-gas, dan gasgas (Handoko, 1992).

Universitas Sumatera Utara

Peralatan pencampur dapat dibagi atau diklasifikasikan atas beberapa kategori, yaitu: 1. Berdasarkan jenis bahan yang dicampur yaitu alat pencampur liquid, alat pencampur padat, dan alat pencampur pasta 2. Berdasarkan jenis agitator, yaitu double cone mixer, ribbon blender, planetary mixers, danpropeller mixers. 2.1.1. Alat Pencampur Bahan Cair/liquid Bahan cair diaduk untuk mencapai beberapa maksud, diantaranya (Mc Cabe et al,1985) : 1. Mensuspensikan patikel padatan. 2. Menggabungkan bahan cair yang dapat saling bercampur. 3. Mendispersikan gas dalam bentuk gelembung halus 4.

Mendispersikan bahan cair lain yang tidak dapat bercampur

5. Meningkatkan pindah panas antara bahan cair dan sumber panas. Pengadukan bahan cair umumnya dilakukan dalam suatu bejana, biasanya berbentuk silinder, yang memiliki sumbu vertikal. Bagian atas dari bejana bisa terbuka terhadap udara atau dapat juga tertutup. Dasar bejana pada umumnya dicekungkan, artinya tidak rata, agar tidak dihindari adanya sudut atau bagian yang tidak bisa dipenetrasi oleh aliran fluida. Sebuah pengaduk (impeller) terakit pada sumbu yang menggantung ke atas. Sumbu ini digerakkan oleh motor listrik yang kadang-kadang langsung dihubungkan ke sumbu tetapi lebih sering melalui kotak gear pengurang kecepatan. Perlengkapan tambahan seperti jalur masuk atau keluar bahan, coil pemanas, jaket atau termometer rendam atau alat pengukur suhu lainnya merupakan komponen tetap alat pencampur bahan cair ini. Tiga tipe utama impeller adalah propeller (baling-baling), paddles (pedal), dan turbin. Setiap tipe memiliki banyak variasi dan subtipe. Sekalipun masih terdapat tipe impeller lain yang juga berguna untuk situasi tertentu, akan tetapi ketiga tipe tersebut mungkin dapat mengatasi 95% masalah pencampuran bahan cair yang ada. Untuk pencampuran liquid, propeller mixer adalah jenis yang paling umum dan paling memuaskan.Alat ini terdiri dari tangki silinder yang dilengkapi dengan propeller/ blades beserta motor pemutar. Bentuk propeller,


impeller, blades didisain sedemikian rupa untuk efektifitas pencampuran dan disesuaikan dengan viskositas fluid. Pada jenis alat pencampur ini diusahakan untuk dihindari tipe aliran monoton yang berputar melingkari dinding tangki , penambahan sekat-sekat (baffles) pada dinding tangki juga dapat menciptakan pengaruh

pengadukan,

namun

menimbulkan

masalah

karena

sulit

membersihkannya. 2.1.2. Alat Pencampur Bahan Padat Pada umumnya, untuk mencampur bahan-bahan berpartikel padat digunakan mesin pencampur yang lebih ringan daripada bahan viscous.Dalam hal ini digunakan ribbon blender dan double cone mixers. Ribbon blender terdiri dari silinder horizontal yang di dalamnya dilengkapi dengan ”screw” berputar dan pengaduk pita berbentuk heliks. Dua pita yang bergerak berlawanan dirakit pada sumbu yang sama. Yang satu menggerakkan padatan perlahan kesatu arah, sedangkan yang lain menggerakkannya dengan cepat ke arah lain. Pita-pita bisa kontinyu maupun terputus-putus. Pencampuran dihasilkan oleh turbulensi yang diinduksi oleh pengaduk yang beraksi berlawanan, jadi tidak oleh gerakan lamban padatan sepanjang rongga aduk. Beberapa ribbon blender beroperasi secara batch yaitu dengan membuat padatan sekaligus dan mengaduknya sampai tercampur rata. Ribbon blender tipe

lain bekerja secara kontinu yaitu bahan padatan

diumpankan pada salah satu ujung rongga aduk dan dikeluarkan pada ujung lainnya. Ribbon blender adalah pencampur yang efektif untuk tepung-tepungan yang tidak mengalir dengan sendirinya. Beberapa unit batch memiliki kapasitas yang sangat besar sehingga mampu memuat sampai 9000 galon bahan padat. Kebutuhan daya umumnya berukuran sedang.

Planetery mixer merupakan alat pencampur bahan padat yang bekerja berdasarkan perputaran planet dimana beater berputar mengitari bowl sedangkan bowl tidak berputar sehingga menghasilkan adonan yang lembut dan merata. Aplikasi alat ini adalah pada industri bakery (roti dan kue).


Double cone blender adalah alat pencampur yang terdiri dari 2 kerucut yang berputar pada porosnya, jika kerucut berputar maka tepung granula berada di dalam granula yang berada di dalam volume kerucut akan teragitasi dan tercampur. Pencampuran tipe ini memerlukan energi dan tenaga yang lebih besar. Oleh karena itu diperhatikan jangna sampai energi yang dikonsumsi diubah menjadi panas yang dapat menyebabkan terjadinya kenaikan temperatur dari produk. Jenis alat pencampur adonan kadang-kadang harus dilengkapi dengan alat pendingin. Yang umum ditemui yaitu kneader yang berbentuk sigmoid yang berputar didalam suatu ”can” atau ”vessel” dengan berbagai kecepatan. Prinsip dari alat ini adalah disamping mencampur juga mengadon yaitu membagi, mematahkan dan selalu membuat luas permukaan yang baru sesering mungkin terhadap adonan. 2.1.3. Alat Pencampur Bahan pasta/viscous Dibandingkan dengan pencampuran pada bahan cair, proses pencampuran pada bahan viscous memerlukan tenaga yang lebih banyak.Hal ini disebabkan oleh kenyataan bahwa pada bahan viscous dan juga bahan padat tidak mungkin terbentuk aliran yang dapat memindahkan bagian yang belum tercampur ke daerah pencampuran di sekitar impeller seperti pada pengadukan bahan cair. Pada pencampuran bahan viscous seluruh bahan yang akan dicampur harus dibawa ke pengaduk atau pengaduknya sendiri yang mendatangi seluruh bagian campuran. Aksi pada mesin-mesin pencampuran merupakan kombinasi shear berkecepatan rendah, penyapuan (wiping), pelipatan (folding), pelemasan (stretching, dan penekanan (compressing). Energi mekanik diaplikasikan oleh komponen-komponen yang bergerak langsung pada massa bahan. Diantara mesin pencampur pasta yang relatif dikenal adalah change-can mixer dan kneaders. Change-can mixer merupakan alat yang memiliki wadah kecil dan dapat dipindah-pindahkan sebagai tempat bahan yang akan dicampur. Wadah ini berukuran sekitar 5-10 galon.Pada pony mixer, pengaduk terdiri dari beberapa bilah vertical atau jari yang terpasang pada head yang berputar dan diletakkan di dekat dinding wadah.Pada beater mixer, wadah atau bejana bersifat


stationer.Pengaduknya memiliki gerakan melingkar sehingga ketika berputar secara berulang mendatangi seluruh bagian dari bejana. Mixer merupakan salah satu alat pencampur dalam sistem emulsi sehingga menghasilkan suatu dispersi yang seragam atau homogen. Terdapat dua jenis mixer yang berdasarkan jumlah propeler-nya (turbin), yaitu mixer dengan satu propeller dan mixer dengan dua propiller. Mixer dengan satu propeller adalah mixer yang biasanya digunakan untuk cairan dengan viskositas rendah. Sedangkan mixer dengan dua propiller umumnya diigunakan pada cairan dengan viskositas tinggi. Hal ini karena satu propeller tidak mampu mensirkulasikan keseluruhan massa dari bahan pencampur (emulsi), selain itu ketinggi emulsi bervariasi dari waktu ke waktu (Suryani, dkk., 2002). Gerakan pencampuran pada mixer bahan baik secara horizontal maupun secara vertikal tersebut dapat bervariasi bergantung dari jenis pengaduk/ propeller yang digunakan, sehingga hasil yang didapat akan bervariasi pula. Peralatan Pencampur dengan menggunakan satu pengaduk/ propeller biasanya digunakan untuk mengaduk bahan dengan viskositas rendah, sedangkan peralatan pengaduk dengan lebih dari satu propeller digunakan untuk mengaduk bahan dengan viskositas tinggi. Hal ini sesuai dengan pendapat Handoko (1992), yang menyatakan bahwa satu prinsip penerapan untuk mencampur bahan dengan viskositas yang tinggi dan berbentuk pasta adalah kinerja yang tergantung pada kontak langsung antara material pencampur dengan bahan yang akan dicampur. Untuk bahan dengan viskositas tinggi dan berbentuk pasta ini banyak menggunakan model pencampur seperti:pencampur tipe pancim, pencampur dengan pisau berbentuk z. Aliran yang terjadi di dalam bahan diperkirakan berupa seperti pada gambar berikut sehingga pencampuran akan terjadi dengan cepat dan teratur.


pandangan depan

pandangan lintang

→

→

→

→

←

←

←

←

←

←

←

←

→

→

→

→

Gambar 2.1 Aliran yang terjadi dalam bahan Kebutuhan tenaga yang diperlukan untuk mencampur suatu jumlah tertentu bahan (cairan) tergantung pada viskositas cairan tersebut. Selain itu kecepatan mixer juga berbeda-beda sesuai dengan kebutuhan bahan-bahan tersebut. Mixer dengan kecepatan rendah biasanya digunakan untuk cairan dengan viskositas tinggi dimana campurannya pekat, licin dan sebagainya. Kecepatan tinggi biasanya berkisar antara 1400-1800 rpm, kecepatan sedang biasanya adalah 1500 rpm dan kecepatan rendah berkisar antara 100-500 rpm. Derajat keseragaman pencampuran, dalam diukur dari sample yang diambil selama pencampuran, dalam hal ini jika komponen yang dicampur telah terdistribusi mealui komponen lain secara random (acak), maka dikatakan pencampuran telah berlangsung dengan baik. Statistik untuk mengukur derajat pencampuran dapat dilihat sebagai berikut : (Wiranatakusumah, 1992). 1. Campuran Berbentuk Pasta Jika suatu campuran berbentuk pasta, misalkan tepung dan air dicampurkan maka akan ada suatu nilai rata-rata air adonan pada setiap waktu tertentu pencampuran yang disebut u. Jika selama pencampuran berlangsung diambil sejumlah contoh dan dianalisa kadar airnya, maka kandungan air adonan tersebut memberikan nilai Xi, misalkan jumlah spot sampel yang terambil adalah N dan nilai X rata-rata yang terukur adalah x, maka jika N sangat besar, x akan sama dengan u. Jika N kecil, x mungkin akan berbeda dengan u. Dengan kata lain


jika pencampuran berlangsung sangat sempurna (ideal) setiap nilai Xi yang terukur haruslah sama dengan x dan jika pencampuran kurang sempurna akan diperoleh Xi ≠ x. 2. Campuran Berbentuk Granula Pendekatan yang dilakukan dalam hal ini sama dengan pendekatan pada campuran berbentuk pasta. Sejumlah contoh diambil secara acak dari nilai ratarata hasil analisa. Perbedaannya adalah jika campuran berbentuk pasta indeks pencampuran didasarkan pada kondisi sebelum pencampuran, maka disini didasarkan pada kondisi setelah pencampuran tercampur sempurna. Jika tepung susu dan gula dicampur dalam hal ini fraksi tepung susu disebut P dan fraksi gula disebut Q, pada kondisi tercampur sempurna maka : p+q=1 3. Campuran liquid Campuran jenis ini dapat dilakukan dan di analisa seperti halnya dengan campuran-campuran sebelumnya, untuk liquid miscible yang dimaksud, pencampuran akan sangat dipengaruhi oleh sifat-sifat liquid itu sendiri, seperti viskositas, densitas, jenis alat pencampuran (type mixer) dan tenaga yang dibutuhkan untuk menggerakkan propeller atau blades. Salah satu persamaan umum pencampuran liquid adalah sebagai berikut : Po = k (Re)n (Fr)m Po : Power number = P/D5 F3 ρ Re : Reynold number = D2 Fρ/μ Fr : Froude number = D F2/g D : diameter propeller, m F : frekuensi rotasi propeller/blades, rpm ρ : densitas likuid, kg/m3 μ : viskositas fluid, Pa.s P : tenaga yang dikonsumsi oleh propeller, J/dt


2.2.

Jenis – Jenis Peralatan Pencampur. 1. Planetary Mixer Planetary Mixer merupakan alat pencampuran bahan viskous, seperti

pasta. Prinsip penerapan untuk mencampur bahan dengan viskositas yang tinggi dan berbentuk pasta adalah kinerja yang tergantung pada kontak langsung antara material pencampur dengan bahan yang akan dicampur. Dibandingkan dengan pencampuran pada bahan cair, proses pencampuran bahan yang viskous memerlukan tenaga yang lebih banyak. Hal ini disebabkan oleh kenyataan bahwa pada bahan viskous tidak mungkin terbentuk arus aliran yang dapat memindahkan bagian bahan yang belum tercampur ke daerah pencampuran di sekitar impeller seperti pada pengadukan bahan cair. Sehingga proses pencampuran bahan pasta itu menjadi relatif lebih rumit. Planetary Mixer merupakan tipe mixer yang memiliki 3 fungsi pengadukan disesuaikan dengan tools-nya yaitu flat bitter untuk menghaluskan butter cream, wiper untuk adonan yang lunak serta berfungsi untuk menaikkan volume telur, dough hook untuk adonan roti. Dengan demikian dalam satu mixer bisa didapatkan 3 fungsi kerja yang bisa memberi jawaban akan investasi yang lebih efektif dan efisien. Planetary Mixer, mesin mixer adonan roti dengan berbagai kapasitas. Sistem kerja sesuai metode planet untuk menghasilkan campuiran adonan yang merata. Planetary mixer terdiri dari wadah atau bejana yang bersifat stasioner sedangkan pengaduk yang digunakan mempunyai gerakan melingkar sehingga ketika berputar, pengaduk secara berulang mendatangi seluruh bagian pada bejana. Pada saat proses pencampuran berlangsung ruang pencampuran berada dalam keadaan tertutup. Hal itu dimaksudkan agar bahan yang sedang bercampur tidak sampai tumpah keluar karena perputaran dari pengaduk.


impeller

Wadah yang ikut berputar

Gambar 2.2 Planetary Mixer (http://www.snowtechpro.com/product1.htm). 2. Ribbon Blender Ribbon Blender merupakan salah satu alat pencampur dalam sistem emulsi sehingga menghasilkan suatu dispersi/adonan yang seragam atau homogen. Sumber tenaga pada Ribbon Blenderberfungsi sebagai penggerak dalam proses pengadukan. Tenaga dari motor penggerak untuk pengaduk ditransmisikan secara langsung dengan menggunakan besi. Pengaduk itu sendiri memiliki fungsi untuk mengalirkan bahan dalam alat pengaduk yang bergerak dan wadah yang diam. Pengaduk juga berfungsi untuk mengaduk

selama

proses

penampungan

dan

untuk

menghindari

pengendapan.Proses pencampuran adonan dengan Ribbon Blender bertujuan untuk memperoleh adonan yang elastis dan menghasilkan pengembangan gluten yang diinginkan. Alat ini dapat dicoba dan digunakan pada batch yang konsisten serta pencampurannya kontinue untuk bahan bubuk (tepung) dan granula. Gardner Ribbon Mixers mudah dibersihkan sehingga mudah untuk digunakan kembali.

Spesifikasi : -

Desain higienis


-

Kapasitas antara 3.5 sampai 20.000 liter

-

Dibuat berdasarkan permintaan konsumen

bak

Motor listrik

impeller

Gambar 2.3 Ribbon Blender Keuntungan : a. Waktu pencampurannya cepat dan pemeliharaan alat mudah. b. Bahan dengan ukuran kecil dapat didispersikan secara homogen tanpa membutuhkan perlakuan pencampuran terlebih dahulu.

3. Double Cone Blender Alat ini merupakan alat pencampur sederhana, penggunaan energi dalam pencampurannya kecil dan cocok digunakan untuk mencampur bahan yang halus dan rapuh. Spesifikasi alat : -

Kapasitasnya antara 2 samapai 100.000 liter.

-

Desainnya higienis dengan segel diluar alat.

-

Muatannya bekerja secara otomatis melalui pneumatic conveying system.

-

Dibuat berdasarkan permintaan konsumen.


Gambar 2.4 Double Cone Mixer (http://www.snowtechpro.com/product1.htm) Keuntungan : -

Mudah digunakan untuk bahan-bahan halus

-

Higienis dan mudah dibersihkan

-

Prinsip kerjanya seperti KEMUTEC’s dengan multi shear deflector plate untuk perbaikan efesiensi sehingga granula dan bubuk (tepung) bebas mengalir

-

Kehilangan produk dapat diminimalkan

4. Vertical Double Rotary Mixer Vertical double rotary mixer digunakan untuk mencampurkan bahan yang padat-padat.Mixer ini digunakan untuk kontinyu adalah padat-padat dan padatcair pencampuran untuk medium untuk produksi besar secara terus menerus. Mixer ganda memiliki poros pencampuran disesuaikan dengan dayung dalam mixer vertikal tujuan pencampuran dapat diselesaikan di bawah gaya gravitasi dengan dampak diasingkan. Produksi berbagai output mixer ini adalah 100 Kg. to 50000 Kgs.


Gambar 2.5 Vertical Double Rotary Mixer

5. AlexanderWerk

Gambar 2.6 Alexanderwerk (http://www.snowtechpro.com/product1.htm).


2.3.

Pengaduk 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. 2.3.1.

Jenis-jenis Pengaduk Secara umum, terdapat empat jenis pengaduk yang biasa digunakan, yaitu

pengaduk

baling–baling (propeller),

pengaduk

turbin (turbine),

pengaduk

dayung (paddle), dan pengaduk helical ribbon. 1. Pengaduk jenis baling-baling (Propeller) Ada beberapa jenis pengaduk yang biasa digunakan, yaitu: -

Marine propeller

-

Hydrofoil propeller

-

High flow propeller

Gambar 2.7 Pengaduk jenis Baling-baling (a), Daun Dipertajam (b), Balingbaling kapal (c) Baling-baling ini digunakan pada kecepatan berkisar antara 400 hingga 1750 rpm (revolutions per minute) dan digunakan untuk cairan dengan viskositas rendah.


2. Pengaduk Dayung (Paddle) 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. Beberapa jenis paddle yaitu: -

Paddle anchor

-

Paddle flat beam – basic

-

Paddle double – motion

-

Paddle gate

-

Paddle horseshoe

-

Paddle glassed steel (used in glass-lined vessels)

-

Paddle finger

-

Paddle helix

-

Multi paddle

Gambar 2.8 Pengaduk Jenis Dayung (Paddle) berdaun dua 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 6 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. 3. 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. Beberapa jenis turbin yaitu: -

Turbine disc flat blade

-

Turbine hub mounted curved blade

-

Turbine disc mounted curved blade

-

Turbine pitched blade

-

Turbine bar

-

Turbine shrouded

Gambar 2.9 Pengaduk Turbin pada bagian variasi Pada turbin dengan daun yang dibuat miring sebesar 45o, seperti yang terlihat pada Gambar 3, 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 2.10 Pengaduk Turbin Baling-baling 4. Pengaduk Helical-Ribbon Jenis 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 helikopter dan ditempelkan ke pusat sumbu pengaduk). Cairan bergerak dalam sebuah bagian aliran berliku-liku pada bagiam bawah dan naik ke bagian atas pengaduk.Beberapa jenis pengaduk helical-ribbon yaitu: - Ribbon impeller - Double Ribbon impeller - Helical screw impeller - Sigma impeller - Z-blades

Gambar 2.11. Pengaduk Jenis (a), (b) & (c) Hellical-Ribbon, (d) SemiSpiral


2.4.

Kecepatan Pengaduk Salah 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. 2.4.1

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 pergerakan batch yang empurna dengan sebuah permukaan fluida yang datar untuk menjaga temperatur atau mencampur larutan dengan viskositas dan gravitasi spesifik yang sama. 2.4.2

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. 2.4.3

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.


2.5.

Jumlah Pengaduk Penambahan 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 2.1. Tabel 2.1 Kondisi untuk Pemilihan Pengaduk

2.5.1 Pemilihan Pengaduk Viskositas dari cairan adalah salah satu dari beberapa faktor yang mempengaruhi pemilihan jenis pengaduk. Indikasi dari rentang viskositas pada setiap jenis pengaduk adalah : -

Pengaduk jenis baling-baling digunakan untuk viskositas fluida di bawah Pa.s (3000 cP)

-

Pengaduk jenis turbin bisa digunakan untuk viskositas di bawah 100 Pa.s (100.000 cp)

-

Pengaduk jenis dayung yang dimodifikasi seperti pengaduk jangkar bisa digunakan untuk viskositas antara 50 - 500 Pa.s (500.000 cP)

-

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.


Gambar 2.12 Pola aliran yang dihasilkan oleh jenis-jenis pengaduk yang berbeda, (a) Impeller, (b) Propeller, (c) Paddle dan (d) Helical ribbon Hal yang harus diperhatikan pada tipe pengaduk adalah dengan mengevaluasi range kerja dari pengaduk tersebut berdasakan viskositas cairan. Range kerja beberapa tipe pengaduk pada tingkat viskositas cairan yang berbeda ditunjukkan pada tabel 2. Tabel 2.2 Daerah Kerja Pengaduk Berdasarkan Viskositas Cairan

Dari tabel 2, pengaduk tipe propeller memiliki range kerja yang sama baik untuk proses batch maupun proses kontinyu. 2.6.

Elemen Pemanas Electrical Heating Element (elemen pemanas listrik) banyak dipakai

dalam kehidupan sehari hari, baik didalam umah tangga ataupun peralatan dan mesin industri. Bentuk dan type dari Electrical Heating Element ini bermacam macam disesuaikan dengan fungsi, tempat pemasangan dan media yang akan di panaskan.


Panas yang dihasilkan oleh elemen pemanas listrik ini bersumber dari kawat ataupun pita bertahanan listrik tinggi ( Resistance Wire) biasanya bahan yang digunakan adalah niklin yang dialiri arus listrik pada kedua ujungnya dan dilapisi oleh isolator listrik yang mampu meneruskan panas dengan baik hingga aman jika digunakan. Elemen pemanas merupakan piranti yang mengubah energi listrik menjadi energi panas melalui proses Joule Heating. Prinsip kerja elemen panas adalah arus listrik

yang

mengalir pada

elemen

menjumpai

resistansinya, sehingga

menghasilkan panas pada elemen. Persyaratan elemen pemanas antara lain : -

Harus tahan lama pada suhu yang dikehendaki.

-

Sifat mekanisnya harus kuat pada suhu yang dikehendaki.

-

Koefisien muai harus kecil, sehingga perubahan bentuknya pada suhu yang dikehendaki tidak terlalu besar.

-

Tahanan jenisnya harus tinggi.

-

Koefisien suhunya harus kecil, sehingga arus kerjanya sedapat mungkin konstan.

Gambar 2.13 Elemen Pemanas Hal yang dipertimbangkan dalam pemilihan elemen pemanas: -

Maximum element surface temperature (MET)

-

Maximum Power/Surface Loading area radiasi permukaan elemen, diyatakan dalam (Watt/cm2)

MET, adalah suhu yang dicapai saat bahan elemen mulai mengalami perubahan bentuk atau saat umur hidup bahan elemen menjadi singkat yang mengakibatkan elemen menjadi putus atau hubung singkat. Semakin tinggi MET maka akan semakin tinggi pula Maximum Power Loading.


3 klas/tipe elemen pemanas yang umum dipakai: - Metallic - Silicon carbide (SiC) - Molybdenum disilicide (MoSi2) Pada tipe metallic, bahan yang digunakan untuk elemen pemanas antara lain : -

Nichrome/nickel-chromium (NiCr): wire and strip

-

Kanthal / iron-chromium-aluminum (FeCrAl) : wires

-

Cupronickel (CuNi): alloys for low temperature heating

Pada klas metallic, sebagian besar elemen pemanas menggunakan bahan nichrome 80/20 (80% nikel, 20% kromium) dalam bentuk kawat, pita, atau strip.80/20 nichrome merupakan bahan yang baik, karena memiliki ketahanan yang relatif tinggi dan membentuk lapisan kromium oksida ketika dipanaskan untuk pertama kalinya, sehingga bahan di bawah kawat tidak akan teroksidasi, mencegah kawat terputus atau terbakar. 2.6.1. Jenis Utama Pada Elemen Pemanas Listrik 1. Elemen Pemanas Listrik bentuk Dasar yaitu elemen pemanas dimana Resistance Wire hanya dilapisi oleh isolator listrik, macam-macam elemen pemanas bentuk ini adalah : Ceramik Heater, Silica Dan Quartz Heater, Bank Channel heater, Black Body Ceramik Heater.

Gambar 2.14 Coil Heater, Infra Red Heater Silica, Ceramiks dan Quartz Heater 2. Elemen Pemanas Listrik Bentuk Lanjut Merupakan elemen pemanas dari bentuk dasar yang dilapisi oleh pipa atau lembaran plat logam untuk maksud sebagai penyesuain terhadap penggunaan dari elemen pemanas tersebut. Bahan logam yang biasa digunakan adalah : mild stell,


stainless stell, tembaga dan kuningan. Heater yang termasuk dalam jenis ini adalah :

Gambar 2.15 Tubular Heater, Catridge Heater Band, Nozzle & Stripe Heater 2.6.2.

Jenis-Jenis Dari Elemen Pemanas

1. Tubular Heater Tubular Heater merupakan elemen

pemanas listrik dimana gulungan

coil resistance wire dimasukan kedalam pipa dan di cor bersama - sama bubuk isolator ( Mgo powder) yang berkemampuan meneruskan panas dan isolator listrik yang baik, sehingga arus listrik tidak menembus dan mengalir pada

pipa

pembungkusnya, proses

pengecoran nya dilakukan

dengan

menggunakan mesin isi (filling machine) yang dirancang sedemikian rupa, Material pipa atau tubing yang digunakan sebagai pembungkus atau selongsong tubular heater ini biasanya disesuikan dengan penggunaan heater tersebut, apakah untuk memanaskan udara, Air, cairan kimia dan lain lain Pada umumnya bahan yang sering digunakan adalah : -

Stainless Stell 304

-

Stainless Stell 316

-

Incoloy

-

Tembaga`

-

Titanium

Setelah proses pengecoran maka pipa yang telah berisi resistance wire tersebut di press dengan menggunakan reduction machine sehingga diameter pipa akan mengecil dan bubuk isolator akan menjadi solid. hal ini dimaksudkan untuk menghindari adanya rongga udara didalam heater yang menyebabkan ruang kosong sehingga wire resistance yang memuai akibat panas


akan bebas bergerak dan berpeluang menempel pada dinding pipa yang akhirnya terjadi short body dan putusnya resistance wire. Diameter akhir tubular heater hasil proses reduksi (press) yang ada di pasaran adalah : 8mm, 11,2 mm 12.5 mm 15.8 mm dan 18.9 mm dengan panjang tidak lebih dari 6 meter. Isolator tahan panas yang digunakan sebagai pengikat & pembatas antara pipa & kawat tahanan yaitu bubuk Mgo yang mempunyai titik cair 2900 C. Kawat Tahanan atau Resitance Wire yang di gunakan adalah kawat tahanan yang dimensinya disesuaikan dengan daya yang diminta, kawat

ini tahan pada suhu

kerja maksimal 1300 C.

Gambar 2.16 Bagian-bagian Coil Pemanas Dalam pemesanan Tubular Heater ini, spesifikasi daya listrik dan voltasenya sebaiknya dikonsultasi- kan dahulu a- gar didapat hasil produk yang efisien dan bermutu tinggi. Elemen Pemanas Yang Menggunakan Tubular Heater 1. Finned Heater Merupakan Tubular Heater yang ditambahkan finned (sirip) berpenampang bulat atau persegi yang dipasang sepanjang hot zone

Tubular untuk maksud

memperluas permukaan panas. 2. Cast-In Heater merupakan heater bentuk lanjut dari tubular heater, dimana tubular heater di cor bersama sama dengan bahan cor sesuai bentuk yang diingin kan. ada 2 macam bahan cor yang umum di


Gambar 2.17 Tubular heater, finned heater, cast-in heater 3. Catridge Heater Bahan pipa yang digunakan biasa nya Stainless Steel 304 dimana dimensinya disesuaikan dengan kebutuhan. Coil kawat tahanan dengan kualitas yang cukup baik digulung pada sebuah batang isolator (MGO Tube), yang kemudian

di

cor

kedalam

pipa

dengan

menggunakan

MGO

Powder

khusus.Setelah proses pengecoran kemudian pipa - pipa yang telah berisi resistance wire dan bubuk MGO tersebut di press dengan menggunakan swaging machine sehingga diameter pipa akan mengecil dan bubuk isolator menjadi solid. Diameter Catridge Heater yang kami produksi dengan mesin press (swaging machine) adalah mulai dari diameter 5,8 mm sampai 22 mm dan panjang 1.5 meter. Catridge Heater Standart Pin Terminals -

Catridge Heater Berkepala Nipple

-

Catride Heater Built In Cables

-

Catridge Heater L Form

-

Catride Heater dengan Thermocouple

-

Dan Lain-lain.

4. Band, Nozzle & Stripe Heater Merupakan elemen pemanas yang terbuat dari kumparan (gulungan ) kawat / pita bertahanan listrik tinggi (niklin), yang kemudian dilapisi oleh isolator tahan panas (mica), dan pada bagian luar dilapisi lagi oleh plat logam berbahan kuningan, alumunium ataupun stainless stell yang kemudian di bentuk menjadi lempengan heater berbentuk stripe.


Bentuk Stripe ini kemudian di bulatkan dengan mesin rol sehingga menjadi bentuk sabuk yang diameternya disesuaikan dengan kebutuhan. Jenis - jenis Elemen Pemanas Bentuk ini adalah : -

One Pice Expandable Band Heater

-

Curve Heater

-

Two Piece Curve Heater

-

Nozzle Heater

-

Band Heater Dispencer Model

-

Dan Lain-lain

Gambar 2.18 Catridge Heater Band, Nozzle Dan Stripe Heater Perhitungan daya elemen pemanas menggunakan prinsip hukum ohm seperti terlihat pada gambar 2. P = V .I dengan P = Daya (VA) V = Tegangan (Volt) I = Arus (ampere)

Gambar 2.19 Hubungan antara daya, tegangan, arus, dan resistansi


Laju perubahan suhu dinyatakan dalam:

dT T2 − T1 = dt t 2 − t1 2.7.

Perpindahan Panas Panas dapat berpindah dari suatu tempat atau benda ketempat atau ke

benda lain. Panas dapat berpindah dari suatu zat yang lebih panas ke zat yang lebih dingin. Dengan kata lain, panas hanya akan berpindah dari satu benda ke benda lainnya bila terdapat perbedaan temperatur diantara dua benda tersebut. Atau panas akan berpindah dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang temperatur lebih rendah. Karena itu dapat disimpulkan bahwa perbedaan temperatur (Δt) adalah merupakan potensial pendorong bagi proses perpindahan panas. Dalam proses perpindahan panas, dikenal 3 macam metode perpindahan panas, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. 2.7.1. Konduksi Konduksi adalah perpindahan panas suatu benda yang partikel-partikel dalam benda tersebut menstransfer energi melalui tumbukan. Konduksi Panas hanya terjadi apabila terdapat perbedaan temperatur. Panas yang mengalir secara konduksi dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah. Laju perpindahan panas konduksi dapat dinyatakan dengan Hukum Fourrier . .....................................................(2.1) Dimana,

= Laju perpindahan panas (W) k

= Konduktivitas Termal ( W / (m.K))

A

= Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2)

T2

= Temperatur akhir (°C)

T1

= Temperatur awal (°C)


L

= Tebal plat (m)

Persamaan (2.1) dapat disederhanakan menjadi persamaan yang dikenal dengan konsep resistansi thermal yang dianalogikan dengan resistansi listrik. Hal ini karena laju aliran kalor dianggap sebagai sebuah aliran listrik yang mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah (perbedaan temperatur). Konsep resistansi thermal juga berlaku untuk kedua jenis perpindahan panas yang lain. Dengan demikian, persamaan (2.3) menjadi: .............................................(2.2)

....................................................(2.3) = Laju perpindahan panas (W)

Dimana,

2.7.2.

k

= Konduktivitas Termal ( W / (m.K))

A

= Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2)

T2

= Temperatur akhir (°C)

T1

= Temperatur awal (°C)

L

= Tebal plat (m)

R

= Resistansi thermal ( °C/m)

Konveksi Perpindahan panas konveksi terjadi di antara permukaan benda dan suatu

fluida. Dengan kata lain, perpindahan panas konveksi adalah perpaduan perpindahan panas konduksi dengan suatu aliran fluida. Perpindahan panas konveksi terdiri dari tiga jenis, yaitu konveksi paksa aliran dalam, aliran luar, dan alamiah. Apabila aliran fluida disebabkan oleh blower/fan maka disebut konveksi paksa dan apabila disebabkan oleh gradien massa jenis maka disebut konveksi alamiah. Pada umumnya laju perpindahan panas dapat dinyatakan dengan hukum persamaan pendinginan Newton,yaitu sebagai berikut


.........................................(2.4) Dimana,

= Laju perpindahan panas (Watt) h

= Koefisien konveksi ( W / m2. K )

A

= Luas permukaan kolektor surya m2

Ts

= Temperatur plat ( K )

Tf

= Temperatur fluida ( K )

Nilai koefisien konveksi dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut ini :

..........................................................(2.5)

h = koefisien konveksi ( W / m2. K )

Dimana,

Nu= Bilangan Nusselt k = konduktivitas termal (W/m.K) L = panjang plat (m) Secara umum, pola aliran terbagi menjadi tiga jenis, yaitu aliran laminar, transisi, dan turbulen. Aliran laminar adalah aliran yang molekul-molekul fluidanya masih tersusun rapi atau tidak acak, sedangkan aliran turbulen adalah aliran yang molekul-molekul fluidanya acak atau radial. Aliran transisi merupakan pola aliran yang berada diantara aliran laminar dan turbulen. Persamaan yang digunakan untuk menghitung bilangan Reynold adalah sebagai berikut:

.....................................................(2.6)

Dimana,

Re = bilangan Reynold ρ

= massa jenis fluida (kg/m3)

U

= kecepatan aliran fluida (m/s)


L

= Panjang pipa (m)

μ

= viskositas (Ns/m2)


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents