MODUL PERCOBAAN I DEEP BED FILTER

E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala

MODUL PERCOBAAN I DEEP BED FILTER

1.

TUJUAN PERCOBAAN

Melakukan pemisahan padatan yang tersuspensi di dalam cairan dan melihat pengaruh konsentrasi padatan dan tekanan operasi terhadap laju pengeluaran filtrat. 2.

DASAR TEORI

Filtrasi adalah pembersihan partikel padat dari suatu fluida dengan melewatkannya pada medium penyaringan, atau septum, yang di atasnya padatan akan terendapkan (Noviati, 2009). Filtrasi adalah suatu operasi pemisahan campuran antara padatan dan cairan dengan melewatkan umpan (slurry) melalui medium penyaring. Untuk semua proses filtrasi, umpan mengalir disebabkan adanya tenaga dorong berupa beda tekanan, sebagai contoh adalah akibat gravitasi atau tenaga putar. Secara umum filtrasi dilakukan bila jumlah padatan dalam suspensi relatif lebih kecil dibandingkan zat cairnya (Anonim, 2008). Filtrasi adalah proses penyaringan air melalui media pasir atau bahan sejenis untuk memisahkan partikel flok atau gumpalan yang tidak dapat mengendap, agar diperoleh air yang jernih. Penyaringan adalah pengurangan lumpur tercampur dan partikel koloid dari air limbah dengan melewatkan pada media yang porous. Kedalaman penyaringan menentukan derajat kebersihan air yang disaringnya pada pengolahan air untuk minum. Mekanisme yang dilalui pada filtrasi: a. Air mengalir melalui penyaring glanular. b. Partikel-partikel tertahan di media penyaring. c. Terjadi reaksi-reaksi kimia dan biologis (Envist, 2009). 2.1. Jenis-jenis Peralatan Filtrasi 2.1.1. Sand Filter Peralatan filtrasi ini digunakan pada saat dimana sejumlah kecil dari padatan akan dipisahkan dari cairan dalam jumlah besar. Medium filter ini terdiri dari batu kerikil kasar serta pasir halus yang bertindak sebagai medium filter yang sebenarnya. Air diumpankan dari atas melalui baffle dan filtratnya ditampung pada bagian dasar. Filtrasi berlangsung sampai endapan partikel dari saringan penyumbat pasir dan laju alirnya menurun. Untuk itu diperlukan backwash 1 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1


dengan cara memasukkan air dengan arah yang berlawanan dengan pemasukan umpan. 2.1.2. Plate and Frame Filter Peralatan filter ini terdiri dari plate and frame yang tersusun bersama dengan suatu filter cloth, dimana plate memiliki saluran untuk mengeluarkan cairan filtrate jernih ke masing-masing plate. Umpan slurry dimasukkan melalui saluran menuju frame yang terbuka sehingga slurry tersebut memenuhi frame. Filtrate mengalir di antara cloth dan padatan akan membentuk cake pada bagian frame dari cloth. Filtrat mengalir di antara filter cloth dan permukaan plate menuju saluran pengeluaran. Filtrasi berlangsung sampai frame dipenuhi oleh padatan, kemudian dilakukan pencucian sehingga cake akan meninggalkan plate. Di sinilah terdapat saluran terpisah untuk memasukkan air pencucian cloth pada setiap sistem dari frame dan keluar melalui saluran pembuangan. 2.1.3. Leaf Filter Leaf filter dirancang untuk sejumlah besar slurry dengan pencucian yang lebih efisien. Pada alat filtrasi ini slurry memasuki tangki dan ditekan sehinggga menerobos filter cloth dimana cake akan terdeposit ke sisi luar dari leaf. Untuk memisahkan cake maka shell harus dibuka dan kadang-kadang diberikan udara dengan arah yang berlawanan ke dalam leaf untuk mengeluarkan cake. 2.1.4. Continuos Rotary Vacum Drum Filter Jenis ini merupakan peralatan yang berguna untuk penyaringan, pencucian, dan pengeluaran cake dalam urutan yang kontinu. Dimana drum dilengkapi dengan sebuah medium filter serta drum berputar dimana suatu katup otomatias yang berada ditengah membantu menjalankan penyaringan, pencucian, dan pengeluaran cake. 2.1.5. Media Filter Media filter untuk filtrasi sering digunakan untuk memisahkan padatan yang akan tersaring dari slurry dan menghasilkan filtrat yang jernih. Porosnya juga tidak mudah tersumbat sehingga laju filtrat cepat. Media filter harus dapat memisahkan cake secara mudah dan bersih dan harus tahan secara kimia terhadap larutan-larutan yang digunakan. 2.2. Jenis-Jenis Filter 2.2.1. Filter Butiran (Granular Filter) Filter butiran terdiri dari: 2 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1


a.

Filter pasir lambat

Suatu filter pasir lambat terdiri dari satu lapisan pasir yang ditahan oleh sekitar 30 cm pecahan batu (gravel). Pasir biasanya mempunyai ukuran efektif 0.2 – 0.35 mm dengan kedalaman sekitar 60 – 120 cm. Air dialirkan ke filter tersebut dengan laju alir sekitar 0.034 – 0.1 l/m2.det (0.05 – 0.015 gpm/ft2). proses filtrasi dihentikan dan filternya dikeringkan dan lapisan permukaan bagian atas dari pasir dibuang dengan cara “scrapping”. Karena laju alir air yang rendah, filter pasir lambat membutuhkan areal yang luas dan “capital cost” agak tinggi. b.

Filter Pasir Cepat (Rapid Sand Filter)

Filter pasir cepat terdiri dari 0.4 – 0.7 m lapisan pasir yang ditahan di atas 30 – 60 cm pecahan batu (gravel). Di dalam filter pasir cepat ukuran pasir efektif adalah 0.4 – 0.8 mm (lebih besar daripada untuk filter pasir lambat). Laju alir air biasanya sekitar 1.3 – 2.7 l/m2.det (2 – 4 gpm/ft 2). Unggun dibersihkan dengan cara mengalirkan air melalui unggun berlawanan arah (back wash) dengan kecepatan sedemikian sehingga unggun mengembang dan padatan yang tersumbat terlepas dan terbawa bersama air cucian keluar. c.

Filter Multimedia

Pada filter multimedia, unggun terdiri dari dua atau lebih lapisan bahan butiran yang berbeda. Sebagai contoh, filter media ganda yang biasa terdiri dari 50 cm lapisan partikel batubara anthrasit dengan ukuran 1 mm diatas 30 cm lapisan pasir silika dengan ukuran 0.5 mm. Lapisan atas (batubara anthrasit) yang lebih besar ukuran pori-porinya berfungsi untuk mengurangi beban kandungan padatan pada lapisan bawah (pasir silika). d.

Precoat Filter

Bahan filter yang digunakan pada precoat filter ini adalah lapisan tipis daripada tanah diatomi (diatomaceous) atau perlit yang dibuang pada akhir masa pemakaian atau akhir siklus filtrasi. Bahan ini (endapan tanah diatomi) terdiri dari kerangka fosil dari mikroskopik diatomi yang terbentuk jutaan tahun yang silam. Bahan ini digali, kemudian dihancurkan, dikalsinasi, dipisahkan untuk mendapatkan butiran halus yang berpori dengan berbagai bentuk yang mempunyai ukuran 5-50 mikron. e.

Plate dan Frame Filter Press

Sebuah filter terdiri dari sejumlah plat dan bingkai yang dipasang sedemikian rupa sehingga diantara dua plat terdapat sebuah bingkai yang 3 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1


membentuk sebuah ruang kosong untuk menampung slurry. Plat yang permukaannya beralur-alur yang dibungkus dengan bahan penyaring seperti kain atau kanvas yang diapit oleh bingkai-bingkai memungkinkan proses filtrasi terjadi. Pada masing-masing plat dan bingkai terdapat empat buah lubang yaitu dua lubang lurus dan dua lubang bercabang. Dua buah lubang bercabang pada bagian atas bingkai masing-masingnya diberi lubang untuk slurry masuk ke dalam rongga kosong dan dua buah lubang bercabang pada bagian bawah plat dihubungkan dengan alur-alur permukaan plat untuk mengumpulkan dan mengalirkan filtrat. Dua buah lubang lurus atau tidak bercabang pada bagian atas plat gunanya untuk mendistribusikan slurry ke masing-masing ruang kosong di antara dua buah plat dan satu bingkai. Sedangkan dua buah lubang lurus atau tidak bercabang pada bagian bawah bingkai gunanya untuk mengumpulkan filtrat dari alur-alur permukaan plat-plat yang satu dan lainnya. Jumlah plat dan bingkai yang dipasang dapat disesuaikan dengan jumlah slurry yang akan diolah. Jumlah plat berbanding lurus dengan luas medium filter demikian pula dengan volum filtrat. f.

Bag Filter

Bag filter atau filter kantong digunakan untuk menghilangkan padatan tersuspensi didalam udara atau gas. Bahan kantong biasanya digunakan kain khusus atau kanvas. Salah satu jenis bag filter yang sederhana adalah vacum cleaner yang hanya mempunyai sebuah kantong. Bag filter biasanya dipakai di pabrik semen mempunyai puluhan atau ratusan kantong. Jumlah kantong disesuaikan dengan jumlah bahan yang diproses seperti pada plate dan frame filter press dimana jumlah plate dan frame-nya disesuaikan dengan jumlah bahan yang diolah. Kantong biasanya dipasang terbalik (mulut ke bawah) hal ini bertujuan untuk memudahkan pembersihan dan pengeluaran padatan yang menempel pada kantong. Udara atau gas yang mengandung padatan dialirkan dari arah bawah ke atas melalui mulut-mulut kantong kedalam kantong-kantong meninggalkan padatan, menempel dalam dinding dalam kantong. Udara atau gas yang sudah bersih meninggalkan kantong-kantong dari arah atas menuju saluran keluaran atau outlet. Lama-kelamaan jumlah padatan yang menempel pada dinding kantong semakin tebal yang mengakibatkan aliran udara atau gas terhambat, sehingga pada waktuwaktu tertentu kantong-kantong tersebut digetarkan dan padatan yang menempel pada dinding kantong lepas dan jatuh k ebawah, dan dikeluarkan dengan screw atau belt conveyor melalui suatu sistem feeder tertutup.

4 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1


2.3. Media Penyaring    

Septum di dalam setiap penyaring harus memenuhi persyaratan berikut: Penyaring harus menahan padatan yang disaring, menghasilkan filtrat yang cukup jernih. Penyaring harus tidak tersumbat. Penyaring harus tahan zat kimia dan cuku kuat secara fisik terhadap operasi yang terjadi. Penyaring harus dapat membuat semua cake mudah untuk dibuang.

Kehilangan daya tekan (head loss) untuk suatu unggun butiran dengan partikel yang seragam, kehilangan tekanan awal dalam suatu unggun yang bersih diberikan oleh persamaan Kozeny berikut:

HL 

 1    L  2 us  f p  3      DP 

P

Dimana: HL p L Dp  us fp

= = = = = = =

kehilangan daya tekan (head loss) kehilangan tekanan (pressure drop) tinggi unggun diameter partikel efektif fraksi ruang kosong dalam unggun kecepatan superfisial faktor gesekan

Bila unggun terdiri dari beberapa lapisan bahan yang berbeda, persamaan Kozeny dapat dipakai untuk masing-masing lapisan secara terpisah. Kalau terjadi distribusi ukuran partikel secara kontinu sepanjang kedalaman unggun, persamaan Kozeny harus ditulis dalam bentuk differensial kemudian diintegrasikan dengan batasan sepanjang unggun tersebut (O-L).



3.

PROSEDUR PERCOBAAN

Valve 7

Valve 6

Manometer

Unggun Valve 5

Valve 9

Valve 8

Valve 3

Valve 4 Valve 2

Valve 1

Bak Filtrat

Bak Slurry Pompa

Gambar 1. Alat DBF a)

Pembuatan slurry

Dilarutkan sejumlah kapur ke dalam air sehingga mencapai konsentrasi tertentu sesuai tugas yang diberikan. b)

Tahap downward 1. 2. 3.

4.

5. 6.

Dibuka kran (1) dan (3). Dihidupkan pompa sehingga slurry tersikulasi ke dalam kolom filtrasi. Diaturlah laju alir slurry dengan membuka kran (5), bila aliran tidak cukup maka tutup kran sirkulasi (3) perlahan sehingga mencapai laju alir yang diinginkan. Dibuka kran (6) dan (9), setelah kran terisi penuh dan tinggi air pada tube manometer menunjukkan ketinggian yang sama. Jika masih terdapat udara dalam kolom, dibuka kran vent yang terdapat pada puncak kolom sehingga air keluar dari kran vent tersebut. Diambil filtrat pada t = 0 dan seterusnya sesuai dengan tugas. Dicatat pembacaan manometer pada tiap-tiap pipa.



7. 8. c)

Tahap backwash 1. 2. 3. 4.

d)

Dibuka kran (2), (4), dan (7), sedangkan kran lainnya dalam keadaan tertutup. Diatur laju alir backwash dengan membuka kran (5). Dihitung pressure drop selama proses backwash sesuai dengan tugas. Diambil filtrat untuk dihitung absorbansinya sesuai tugas yang diberikan.

Menghentikan peralatan 1. 2. 3.

e)

Dihitung absorbansi dari filtrat yang diambil. Dihitung head loss pada setiap titik dan waktu sesuai dengan tugas.

Dimatikan semua peralatan dengan menekan tombo “OFF” setelah percobaan selesai. Diputuskan hubungan peralatan dengan sumber arus dan sumber air. Dipastikan tidak ada genangan air di sekitar peralatan setelah anda melakukan praktikum.

Perawatan peralatan 1. 2. 3.

Dibersihkan tangki penampung dan peralatan backwash sampai bersih. Diperiksa dengan teliti rangkaian listrik dari peralatan dan jangan diletakkan di dekat genangan air. Diperiksa kran pembuka untuk pengambilan sampel berada di tempatnya.



4.

PENUGASAN

No

Konsentrasi CaCO3 (mg/L)

1

350

2

320

3 4 5 6

300 410 330 390 270 400 250 350

Waktu (menit)

Interval Waktu (Menit)

Volume Larutan (L)

80

20

150

60

15

250

3

50

10

300

2,5

75

15

180

3,5

40

10

350

3

60

20

260

Laju Alir (L/menit) 2 2,5 1,5 4

7

290

1,5 4

60

15

220

8

340 420

3,5

50

10

320

9

250

75

25

200

10

380

45

15

360

2 3 3,5 4,5



5.

DATA PENGAMATAN

5.1. Hubungan Pressure Drop terhadap Kedalaman Unggun pada Tahap Downward M = Pipa

mg/L Waktu =

Q= L/menit menit

M =

mg/L Waktu =

Q= L/menit menit

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39



40 41

5.2. Hubungan Pressure Drop terhadap Kedalaman Unggun pada Tahap Backwash M = Pipa

mg/L Waktu =

Q= L/menit menit

M =

mg/L Waktu =

Q= L/menit menit

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37



38 39 40 41

5.3. Hubungan Head Loss terhadap Kedalaman Unggun pada Tahap Downward M = Pipa

mg/L Waktu =

Q= L/menit menit

M =

mg/L Waktu =

Q= L/menit menit

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35



36 37 38 39 40 41

5.4. Hubungan Head Loss terhadap Kedalaman Unggun pada Tahap Backwash M = Pipa

mg/L Waktu =

Q= L/menit menit

M =

mg/L Waktu =

Q= L/menit menit

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33



34 35 36 37 38 39 40 41

5.5. Turbidity (Kekeruhan) Data turbidity filtrat : ppm = ppm =

NTU NTU

5.5.1 Turbidity pada Tahap Downward M = Pipa

mg/L Waktu =

Q= L/menit menit

M =

mg/L Waktu =

Q= L/menit menit

M =

mg/L Waktu =

Q= L/menit menit

5.5.2 Turbidity pada Tahap Backwash M = Pipa

mg/L Waktu =

Q= L/menit menit



MODUL PERCOBAAN II PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI

1.

TUJUAN PERCOBAAN

Menentukan Temperatur film (Tf), Bilangan Reynold (NRe), Bilangan Grassholf (NGr), Bilangan Prant (NPr), Bilangan Nussel (NNu) dan Koefisien Perpindahan Panas (h). 2.

DASAR TEORI

Konsep Dasar Perpindahan Panas Dalam peristiwa perpindahan panas jika dalam suatu sistem terdapat gradient suhu maka akan terjadi perpindahan energi. Perpindahan terjadi dari temperatur tinggi ke temperatur rendah, dan perpindahan panas tersebut akan berhenti ketika kedua medium telah mencapai temperatur yang sama (setimbang). Panas dapat dipindahkan dalam tiga jenis cara yang berbeda yaitu: konduksi, konveksi dan radiasi. Perpindahan panas mencakup mengenai perpindahan energi karena perbedaan temperatur diantara dua benda atau material. Di samping itu perpindahan panas juga meramalkan laju perpindahan panas pada kondisi tertentu. Persamaan fundamental didalam perpindahan panas merupakan persamaan kecepatan yang menghubungkan kecepatan perpindahan panas sebagai diantara dua sistem dengan sifat termodinamik dalam sistem tersebut. Gabungan persamaan kecepatan, kesetimbangan energi, dan persamaan keadaan termodinamis menghasilkan persamaan yang dapat memberikan distribusi temperatur dan kecepatan perpindahan panas. Jadi, pada dasarnya teori perpindahan panas adalah termodinamika dengan persamaan kecepatan yang ditambahkan. Oleh karena termodinamika berkisar pada energi maka seluruh sifat-sifat termodinamika berkaitan dengan energi. Keadaan atau kondisi termodinamika suatu sistem didefenisikan berdasarkan sifat-sifatnya. Mekanisme Perpindahan Panas a.

Perpindahan Panas Konduksi

Perpindahan panas konduksi adalah proses dimana panas mengalir dari daerah yang bertemperatur lebih tinggi ke daerah yang bertemperatur lebih rendah di dalam satu medium (padat, cair atau gas). Perpindahan energi terjadi karena 14 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1


adanya hubungan molekul secara langsung tanpa adanya perpindahan molekul yang cukup besar. Perpindahan energi tersebut dapat berlangsung dengan tumbukan elastik (misalnya dalam fluida) atau dengan pembauran (difusi) elektron-elektron yang bergerak secara lebih cepat dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah (misalnya dalam logam). Jika beda temperatur dipertahankan dengan penambahan dan pembuangan panas di berbagai titik, maka akan berlangsung aliran panas yang terus-menerus dari daerah yang lebih panas ke daerah yang lebih dingin. Laju perpindahan panas dinyatakan dengan hukum Fourier. Dimana: Q = laju perpindahan panas (W) k = konduktivitas termal (W/m2.K) A = luas penampang (m2) dT/dx = gradien temperatur (K/m) b.

Perpindahan Panas Konveksi

Perpindahan panas konveksi adalah proses perpindahan panas yang disebabkan oleh aliran fluida. Konveksi juga merupakan proses pengangkutan energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energi dan gerakan mencampur. Konveksi sangat penting sebagai mekanisme perpindahan energi antara permukaan benda padat dan cairan atau gas. Pada umumnya perpindahan panas konveksi dinyatakan dengan hukum pendinginan Newton.

Q = h.A (Td – T)

c.

Dimana: Q h A Td T

= laju perpindahan panas (W) = koefisien konveksi (W/m2.K) = luas permukaan (m2) = temperatur dinding (K) = temperatur udara (K)

Perpindahan Panas Radiasi

Perpindahan panas secara radiasi terjadi tanpa adanya media yang menghubungkan antara pengirim radiasi (benda panas) ke penerima radiasi (benda tidak panas). Sebenarnya, semua benda yang suhunya akan melepaskan panasnya secara radiasi ke benda di sekelilingnya, dimana benda yang paling panas, itulah yang akan menjadi pemberi radiasi panas, sementara yang lebih dingin akan menjadi penerima. 15 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1


Besarnya panas yang diradiasikan oleh suatu benda dirumuskan melalui hukum Stefan-Boltzmann.

Q = ε.A.σ ( Dimana: ε A σ

)

= emisivitas (sifat radiasi pada permukaan) = luas permukaan (m2) = konstanta Stefan-Boltzman (5,67.108 W/m2.K4) = temperatur absolute permukaan (K4) = temperatur sekitar (K4)

Perpindahan Panas Secara Konveksi Alami dan Paksa Perpindahan energi dengan cara konveksi dari suatu permukaan yang temperaturnya di atas temperatur fluida sekitarnya berlangsung dalam beberapa tahap. Pertama, panas akan mengalir dengan cara konduksi dari permukaan ke partikel-partikel fluida yang berbatasan. Energi yang berpindah dengan cara demikian akan menaikkan temperatur dan energi dalam partikel-partikel fluida ini. Kemudian partikel-partikel fluida tersebut akan bergerak ke daerah yang bertemperatur lebih rendah di dalam fluida dimana akan bercampur dan memindahkan sebagian energinya kepada partikel-partikel fluida lainnya. Energi sebenarnya disimpan di dalam partikel-partikel fluida dan diangkut sebagai akibat gerakan massa partikel-partikel tersebut. Perpindahan panas konveksi dibagi dua yaitu konveksi bebas (free convection) dan konveksi paksa (forced convection). Bila gerakan mencampur berlangsung sebagai akibat dari perbedaan kerapatan yang disebabkan oleh gradien temperatur maka disebut konveksi bebas. Dan bila gerakan mencampur disebabkan oleh suatu alat dari luar, seperti pompa atau kipas maka prosesnya disebut dengan konveksi paksa. Keefektifan perpindahan panas konveksi tergantung sebagian besarnya pada gerakan mencampur fluida. Besarnya konveksi tergantung pada:  Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida (A).  Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (ΔT).  Koefisien konveksi (h), yang tergantung pada : 1) viskositas fluida 2) kecepatan fluida 3) perbedaan temperatur antara permukaan dan fluida 4) kapasitas panas fluida 5) kerapatan massa fluida 16 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1


6) a.

bentuk permukaan kontak

Konveksi Alami

Perpindahan sistem konveksi alami terjadi karena fluida dengan proses pemanasan, berubah densitasnya, sehingga fluidanya bergerak. Gerakan fluida dalam konveksi bebas, baik fluida gas maupun cair, terjadi karena gaya apung yang alami apabila densitas fluida di dekat permukaan perpindahan panas berkurang sebagai akibat proses pemanasan. Sebagai contoh sebuah plate verikal panas yang berada dalam kotak thermal dalam udara pada suhu kamar, suhu udara yang berada dalam kontak dengan plate akan sama dengan suhu plate dan diantara plate dengan ruangan terdapat perbedaan gradien suhu. Berbedaan suhu antara permukaan plate dan udara di dalam ruangan pada jarak tertentu menyebabkan terjadi perpindahan panas melalui konduksi ke arah arus yang menyebabkan terbawa panas melalui konveksi pada arah sejajar dengan plate. b.

Konveksi Paksa

Konveksi paksa disebabkan karena adanya gaya pemaksa yang menyebabkan fluida bergerak dan mempunyai kecepatan. Pada umumnya peralatan untuk memindahkan panas pada industri maupun otomotif menggunakan sisitem konveksi paksa. Sebagai gambaran adalah fenomena perpindahan panas aliran didalam pipa yang dinyatakan sebagai: Q = m . cp . dTb = h . 2π . r ( Tw – Tb ) dx Angka Nusselt untuk aliran turbulen sepenuhnya adalah: Nud = 0,023 Red 0.8 Prn Dimana: n = nilai eksponen Angka Nusselt untuk aliran laminar sepenuhnya adalah: ( ⁄ ) [( ⁄ ) Dimana: d L

]

⁄

= diameter pipa = panjang pipa



Koevisien perpindahan panas konveksi dibantu oleh:

3.

PROSEDUR PERCOBAAN Prosedur percobaan dilakukan sebagai berikut: a) Rangkai peralatan yang meliputi :  Pasang salah satu sampel (Finned dan Pinned) pada sisi bagian belakang kolom apparatus yang terhubung dengan heater power  Pasang thermometer pada sampel melalui apparatus hole (Tw), window hole (Tb) dan lingkungan (Ta) b) Setelah peralatan terpasang dengan lengkap dan aman, sambungkan Themal Convection dengan sumber listrik dan tekan tombol Supply. c) Set Heater Power sesuai dengan penugasan yang diberikan. Amati dan catat perubahan suhu pada masing-masing thermometer yang terpasang (Tw, Tb dan Ta). d) Untuk konveksi paksa, prosedur kerja sama dengan point a,b,c dan tetapi sebelumnya di atur fan speed sesuai dengan penugasan. Amati dan catat perubahan suhu pada masing-masing thermometer yang terpasang (Tw, Tb dan Ta). e) Setelah percobaan selesai, matikan heater power, buka semua peralatan yang terpasang (sampel dan thermometer) serta jagalah bersihan tempat anda bekerja. f) Periksa dengan teliti rangkaian listrik pada peralatan agar tidak ada lagi yang terhubung satu sama lain.

4.

PENUGASAN (lingkari penugasan yang diinginkan) Konveksi Alami P = 5 watt P = 10 watt P = 15 watt P = 20 watt P = 25 watt

Konveksi Paksa P1 dan P2 sama pada konveksi alami v = 5 m/s v = 10 m/s v = 15 m/s v = 20 m/s v = 25 m/s



5.

DATA PENGAMATAN

5.1. Konveksi Alami Tabel 5.1 Konveksi Alamiah pada Pinned P (watt)

………

………

T (menit)

Tw (C)

Tb (C)

Ta (C)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60



Tabel 5.2 Konveksi Alamiah pada Finned P (watt)

………

………

T (menit)

Tw (C)

Tb (C)

Ta (C)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60



5.2. Konveksi Paksa Tabel 5.3 Konveksi paksa pada Pinned pada P1 = …… watt v (m/s)

………

………

T (menit)

Tw (C)

Tb (C)

Ta (C)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60



Tabel 5.4 Konveksi paksa pada Pinned pada P2 = …… watt v (m/s)

………

………

T (menit)

Tw (C)

Tb (C)

Ta (C)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60



Tabel 5.5 Konveksi paksa pada Finned pada P1 = …… watt v (m/s)

………

………

T (menit)

Tw (C)

Tb (C)

Ta (C)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60



Tabel 5.6 Konveksi paksa pada Finned pada P2 = …… watt v (m/s)

………

………

T (menit)

Tw (C)

Tb (C)

Ta (C)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60



MODUL PERCOBAAN III PERPINDAHAN PANAS DALAM TANGKI

1.

TUJUAN PERCOBAAN

Menentukan pengaruh pengadukan terhadap koefisien perpindahan panas keseluruhan (U) dan besarnya kehilangan panas. 2.

DASAR TEORI

Perpindahan energi dalam bentuk panas (heat) terjadi dalam banyak proses kimia dan proses-proses lainnya. Perpindahan panas (heat transfer) adalah proses perpindahan energi dari suatu benda atau sistem ke benda atau sistem lain sebagai akibat dari gaya dorong (driving force) perbedaan temperatur. Perpindahan panas sering terjadi dalam unit-unit operasi seprti pengeringan makanan, distilasi, pembakaran bahan bakar dan evaporasi. Panas mengalir dari bagian temperatur tinggi kebagian temperatur rendah. Perpindahan panas ini dapat terjadi secara konduksi, konveksi dan radiasi. Kalor dapat diangkut dengan tiga macam cara yaitu: a. Pancaran, sering juga dinamakan radiasi. b. Hantaran, sering juga disebut konduksi. c. Aliran, sering juga disebut radiasi. Bila dalam suatu sistem terdapat gradien temperatur atau bila dua sistem yang temperaturnya berbeda disinggungkan maka akan terjadi perpindahan energi yang disebut panas (heat) atau dengan kata lain bila dua benda atau lebih terjadi kontak termal maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah, hingga tercapainya kesetimbangan termal. Energi ini tidak dapat diukur atau diamati secara langsung tetapi arah perpindahan dan pengaruhnya dapat diamati dan diukur. 2.1. Konduksi Konduksi ialah pengangkutan kalor melalui satu jenis zat sehingga perpindahan kalor secara hantaran/konduksi merupakan satu proses pendalaman karena proses perpindahan kalor ini hanya terjadi di dalam bahan. Arah aliran energi kalor, adalah dari titik bersuhu tinggi ke titik bersuhu rendah. Perpindahan secara konduksi ini dapat lebih mudah ditinjau jika perpindahan kalor terjadi didalam zat padat isotropik, isotropik artinya adalah media tidak mempunyai kecenderungan arah tertentu terhadap variable yang ditinjau dalam perpindahan panas secara konduksi (Bird, dkk., 1960). 25 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1


Persamaan Dasar Konduksi: q = -k A dT/dx Dimana: q = Laju Perpindahan Panas (kJ/det) k = Konduktifitas Termal (W/cm K atau J/cm s K) A = Luas Penampang (cm2) dT = Perbedaan Temperatur (oF ,oC ) dx = Perbedaan Jarak (m/det) 2.2. Konveksi Perpindahan panas secara konveksi terjadi ketika panas bergerak dari satu tempat ke tempat lain dengan cara mengalir dengan menggunakan medium fluida. Aliran itu disebut aliran konveksi dan dihasilkan dari perubahan densitas yang dibawa oleh pengembangan panas pada fluida (Geankoplis, 1993). Gerakan konstan yang terjadi karena molekul berpindah dari satu posisi dan digantikan posisinya oleh molekul lainnya atau dapat dikatakan berpindahnya suatu kalor disertai pergerakan fluida akibat gradient densitas pada fluida sekitar plat. Peristiwa ini dinamakan konveksi alami. Sedangkan jika perpindahan molekul dipengaruhi oleh gerakan atau dorongan dari luar atau fluida yang segaja dihembuskan diatas plat dinamakan konveksi paksa. Untuk menyatakan pengaruh menyeluruh konduksi, kita gunakan hukum newton tentang pendinginan (Hermawan, 2011): q  hA(Tw  T )

Dimana: h = koefisien perpindahan kalor konveksi Tw = suhu permukaan dinding T = suhu fluida Profil temperatur untuk perpindahan panas dengan konveksi dari fluida panas ke fluida dingin dapat dilihat pada gambar berikut:



Gambar 1 Profil aliran perpindahan panas 2.3

Radiasi

Yang dimaksud dengan pancaran (radiasi) ia1ah perpindahan ka1or mela1ui gelombang dari suatu zat ke zat yang lain. Semua benda memancarkan ka1or. Keadaan ini baru terbukti setelah suhu meningkat. Pada hakekatnya proses perpindahan ka1or radiasi terjadi dengan perantaraan foton dan juga gelombang elektromagnet. Terdapat dua teori yang berbeda untuk menerangkan bagaimana proses radiasi itu terjadi. Semua bahan pada suhu mutlak tertentu akan menyinari sejumlah energi ka1or tertentu. Semakin tinggi suhu bahan tadi maka semakin tinggi pula energy ka1or yang disinarkan. Proses radiasi adalah fenomena permukaan. Proses radiasi tidak terjadi pada bagian da1am bahan. Tetapi suatu bahan apabila menerima sinar, maka banyak ha1 yang boleh terjadi. Apabila sejumlah energi ka1or menimpa suatu permukaan, sebahagian akan dipantulkan, sebahagian akan diserap ke da1am bahan, dan sebagian akan menembusi bahan dan terus ke luar. Jadi da1am mempelajari perpindahan ka1or radiasi akan dilibatkan suatu fisik permukaan. 3.

PROSEDUR PERCOBAAN

1)

Alat-alat a. b. c. d. e. f.

Tangki Motor Termometer Batang Statis Voltmeter Pengaduk

1 buah 1 buah 9 buah 1 buah 1 buah 1 buah

g. h. i. j. k.

Heater Timbangan Stopwatch Rol Wayer

1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah



2)

Bahan a. Air

3)

Prosedur Percobaan 1. Hubungkan cok voltmeter ke saklar yang ada di laboratorium.

2. Hubungkan cok wayer ke saklar voltmeter.

3. Hubungkan skala voltmeter (jarum penunjuk) ke wayer.



4. Pasangkan motor ke batang statis, lalu sambungkan coknya ke wayer.

5. Masukkan sejumlah fluida (air) ke dalam tangki sesuai dengan penugasan yang diberikan. Lalu timbang beratnya (W1) dan ukur tinggi air yang ada di dalam tangki tersebut sesuai dengan penugasan yang diberikan.

6. Lalu letakkan tangki yang telah terisi air di atas batang statis, kemudian pasang heater pada motor lalu sambungkan cok heater pada wayer.



7. Letakkan termometer masing-masing: a. Pada dinding tangki bagian dalam

b. Pada dinding tangki bagian luar

c. Pada dasar tangki bagian dalam

d. Pada dasar tangki bagian luar



e. Pada heater

f. Pada permukaan fluida

g. Di atas permukaan fluida

h. Di tengah-tengah antara permukaan fluida dan dasar tangki



i. Di lingkungan atau ruangan

8. Setelah semua termometer dipasang pada tempatnya, catat temperatur awal tiap-tiap termometer sebelum proses perpindahan panas dalam tangki berlangsung. Selanjutnya tekan tombol on yang ada pada wayer untuk menjalankan prosesnya. 9. Kemudian hidupkan stopwatch, lalu diamati dan dicatat temperatur fluida pada masing-masing termometer yang dipasang dalam interval waktu tertentu sesuai penugasan yang diberikan sampai temperaturnya mencapai konstan.

10. Setelah temperatur fluida konstan, kemudian ditimbang sisa fluida yang ada dalam tangki (W2) dan diukur sisa tinggi fluidanya.



11. Percobaan dilakukan berulang kali dengan memvariasikan besaran voltase heater, baik dengan pengaduk maupun tanpa menggunakan pengaduk sesuai dengan penugasan yang diberikan.

12. Setelah selesai percobaan, matikan semua peralatan dan putuskanlah sumber arus listrik. a. Tekan tombol OFF untuk mematikan sumber arus listrik, lalu mencabut cok heater dari wayer.

b. Mencabut skala voltmeter (jarum penunjuk) dari wayer.



c. Mencabut cok wayer dari saklar voltmeter.

d. Mencabut cok voltmeter dari saklar yang ada dalam laboratorium

4.

PENUGASAN  Volume fluida : %  Kecepatan pengadukan : 0 rpm, 60 rpm, 80 rpm,100 rpm, 120 rpm, 150 rpm  Voltase : 100 volt, 120 volt, 150 volt, 180 volt, 200 volt



5.

DATA PENGAMANTAN

5.1 Untuk tangki tanpa pengaduk Temperatur Waktu (Mnt) T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Tinggi air sebelum pemanasan = cm Massa air awal = Tinggi air sesudah pemanasan = cm Massa air akhir = Waktu (Mnt) T1 T2 T3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Tinggi air sebelum pemanasan = Tinggi air sesudah pemanasan =

Temperatur T4 T5

T6

T7

cm Massa air awal = cm Massa air akhir =

T8

T9

kg kg

T8

T9

kg kg



5.2 Untuk tangki berpengaduk Waktu (Mnt) T1 T2 T3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Tinggi air sebelum pemanasan = Tinggi air sesudah pemanasan = Waktu (Mnt) T1 T2 T3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Tinggi air sebelum pemanasan = Tinggi air sesudah pemanasan =

Temperatur T4 T5

T6

T7

T8

cm Massa air awal = cm Massa air akhir = Temperatur T4 T5

T6

T7

cm Massa air awal = cm Massa air akhir =

T9

kg kg

T8

T9

kg kg



MODUL PERCOBAAN IV ALIRAN FLUIDA

1.

TUJUAN PERCOBAAN

Menentukan faktor gesekan, kehilangan tekanan, bilangan Reynold, kehilangan energi pada sistem perpipaan, serta melihat kemampuan (daya) suatu pompa untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat lain dengan menggunakan sistem perpipaan. 2.

DASAR TEORI

Fluida adalah zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk (distorsi) secarapermanen. Bila kita mencoba mengubah bentuk suatu massa fluida, maka di dalam fluidatersebut akan terbentuk lapisan-lapisan di mana lapisan yang satu akan mengalir di ataslapisan yang lain, sehingga tercapai bentuk baru. Selama perubahan bentuk tersebut,terdapat tegangan geser (shear stress), yang besarnya bergantung pada viskositas fluidadan laju alir fluida relatif terhadap arah tertentu. Pada temperatur dan tekanan tertentu, setiap fluida mempunyaidensitas tertentu. Jika densitas hanya sedikit terpengaruh oleh perubahan yang suhu dantekanan yang relatif besar, fluida tersebut bersifat incompressible. Tetapi jika densitasnyapeka terhadap perubahan variabel temperatur dan tekanan, fluida tersebut digolongkancompresible. Zat cair biasanya dianggap zat yang incompresible, sedangkan gasumumnya dikenal sebagai zat yang compresible. Dalam percobaan aliran fluida ini yang akan diamati adalah pengaruh sistem perpipaan terhadap laju alir fluida dimana dalam sistem perpipan tersebut ada pipa permukaan dalam yang kasar, pipa permukaan dalam yang halus, elbow, orifice meter, ventury meter, pitot, static bend, sudden enlargement, sudden contraction, gate valve, strainer dan ball valve. Sistem instalasi pipa biasanya terdiri dari banyak sekali valve dengan ukuran danbentuk yang beragam. Beberapa jenis valve sangat cocok untuk membuka dan menutuppenuh aliran, ada valve yang cocok untuk mengurangi tekanan dan laju aliran fluida, adapula valve yang berfungsi mengatur agar aliran fluida terjadi pada satu arah saja. Pada dasarnya faktor-faktor yang mempengaruhi aliran fluida adalah yang menyangkut dengan sifat fluida yaitu tekanan, temperatur, densitas, dan viskositas. Viskositas fluida mungkin dipengaruhi oleh besar dan lama aksi yang bekerja terhadapnya. Viskositas fluida mungkin dipengaruhi oleh besar dan lama aksi yang bekerja terhadapnya. Disamping viskositas, sifat fluida yang penting lainnya adalah densitas (massa per satuan volume). Density atau rapat jenis (ρ) suatu zat adalah ukuran untuk konsentrasi zat tersebut dan dinyatakan dalam massa persatuan volume; sifat ini ditentukan dengan cara menghitung nisbah (ratio) massa zat yang terkandung dalam suatu bagian tertentu terhadap volume bagian tersebut.



Untuk mendapatkan hubungan antara berbagai jenis energi yang terkandung dalam system aliran memerlukan anggapan atau asumsi. Suatu aliran dikatakan steady jika, fluida yang mengalir kedalam system adalah seragam sifat atau kecepatan, dalam hal ini tidak berubah terhadap waktu, fluida yang meninggalkan system juga seragam pada sifat dan kecepatan tidak berubah waktu. Jumlah massa yang masuk dan keluar system aliran fluida selalu tetap baik untuk fluida tak termampatkan maupun fluida yang termampatkan. Sedangkan volume fluida dapat berubah selama operasi aliran fluida. Laju alir massa dan laju alir volume saling dihubungkan dengan densitas fluida. M=Q.ρ

……………………………………………………..(4.1)

Energi merupakan hal penting dalam perhitungan neraca keseluruhan pada suatu kontrol volume dengan menggunakan dasar-dasar konservasi energi. Persamaan energi keseluruhan dapat diturunkan dari persamaan konservasi energi yang dikombinasikan dengan hukum pertama termodinamika. Hukum pertama termodinamika adalah: ΔE = Q – W .............………………….…………………………(4.2) Dimana: E = Energi persatuan massa fluida Q = Panas yang diserap atau dilepaskan persatuan massa fluida W = Kerja persatuan massa fluida terhadap lingkungan Energi yang terjadi dalam sistem dapat dikelompokkan dalam 3 bentuk yaitu: 1.

2.

Energi potensial (zg) dari sistem masa fluida adalah energy yang timbul karena posisi dari masa dalam gravitasi (g) dimana z tinggi relatif dalam meter dari bidang. Energi Kinetik (v2/2) dari satuan massa fluida adalah energi yang timbul karena gerakan translasi atau rotasi. Energi total dari fluida per satuan massa adalah: E=U+

( )

E=U+

(English)

Selanjutnya dengan memperhatikan laju energi yang masuk dan yang keluar dengan massa dalam volume yang diatur. Massa yang bertambah atau yang bergerak dari sistem membawa energi dalam, energi kinetik dan energi potensial, sebagai tambahan energi dipindahkan ketika massa mengalir ke dalam dan keluar dari volume yang diatur.



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. Apabila fluida berupa fluida yang tidak mampu mampat, persamaan Bernouli pada titik dengan kecepatan v1, tidak terganggu sebelum dikurangi kecepatannya dan pada titik dua dengan kecepatannya v2 sama dengan nol sehingga: z1g +

3.

z2 g +

(

)

PROSEDUR PERCOBAAN - Alat yang digunakan:

- Rangkaian alat aliran fluida - Pompa - Manometer H2O - Baker Glass 1000 ml - Stopwatch - Bahan yang digunakan: - Air

Pompa

Manometer



- Prosedur kerja: 1. Vent Valve yang berada pada ujung atas pipa dibuka untuk mengeluarkan udara yang berada dalam pipa, agar tidak mengganggu aliran air yang masuk ke dalam pipa. Buka inlet valve dan outlet valve untuk saluran pengaliran air.

2. Hidupkan pompa agar air dapat naik ke sistem perpipaan. 3. Tentukan laju alir dengan memvariasikan bukaan (kran) inlet air.

4. Kemudian air yang masuk kedalam pipa akan keluar dan ditampung dalam baker glass (1000 ml) dan dihitung waktu yang dibutuhkan sampai volume air mencapai 1000 ml, untuk ditentukan laju alirnya.

5. Perbedaan tekanan dihitung dalam setiap perpipaan nya, dimana pada alat ini terdapat beberapa bagian sistem perpipaan yang terdiri atas pipa induk, dan sistem perpipaan 1-5, yang terdiri atas beberapa instrumentasi perpipaan yang akan ditentukan perbedaan tekanan disetiap sistem perpipaan tersebut.



6. Sistem perpipaan yang diukur perbedaan tekanannya ialah pipa induk, untuk menghitung perbedaan tekanan tersebut maka pipa manometer dihubungkan ke setiap tapping yang berada setiap instrumentasi perpipaan yang dialirkan air, kemudian dengan membaca perbedaan ketinggian pada manometer, maka perbedaan tekanan dapat diketahui. Pipa induk terdiri dari:

Orifice

Venturi

Pitot

Tee

Bend 90

Strainer Y

Perpipaan 1

Smooth surface 1m 41 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1


Perpipaan 2

Sudden Enlargment

Sudden Contraction

Smooth Surface 0,5m

Smooth Surface 1m

Perpipaan 3

Smooth Surface 1 m Perpipaan 4

Strainer Y

Ball Valve

Elbow 45

Rough Surface 22 cm



Rough Surface 1 m Perpipaan 5

Elbow 90

Strainer

Globe Valve

Gate Valve 7. Setelah dihitung perbedaan tekanan disetiap perpipaan, maka dicatat hasil pengamatan dari ketinggian manometernya. Hal ini dilakukan atau diamati untuk tiap-tiap laju alirnya. 4.

PENUGASAN

Tentukan laju alir (Q = L/menit) dengan memvariasikan bukaan (kran) air inlet dengan variasi Q1, Q2, Q3, Q4 dan Q5.



5.

DATA PENGAMATAN

No

Jenis Pipa

1 2 3 4 5 6

Pipa Induk Orifice Meter Venturi Meter Pitot Static Tee Bend 90 Strainer Y

1

Perpipaan 1 Smooth Surface 1 m

1 2 3 4

Perpipaan 2 Sudden Contraction Smooth Surface 0,5 m Smooth Surface 1 m Sudden Enlargement

1

Perpipaan 3 Smooth Surface 1m

1 2 3 4 5

Perpipaan 4 Rough Surface 1 m Rough Surface 0,2 m Ball Valve Elbow 45 Strainer Y

1 2 3 4

Perpipaan 5 Gate Valve Globe Valve Strainer Elbow 90

Perbedaan Tekanan Manometer (mmH2O) Q1 = Q2 = Q3 = Q4 = Q5 = L/min L/min L/min L/min L/min



MODUL PERCOBAAN V SOLID HANDLING STUDY BENCH (SHB)

1.

TUJUAN PERCOBAAN

Menganalisa distribusi partikel dan menentukan ukuran partikel dalam ayakan, hubungan laju padatan hopper yang dihubungkan dengan diameter orifice ketinggian material, efisiensi pencampuran serta pengaruh sudut luncur. 2.

DASAR TEORI

Pemecahan dan penggilingan adalah unit operasi yang memberikan gaya pada bahan padat yang ukurannya lebih besar untuk menghasilkan kumpulan atau campuran partikel-partikel yang lebih kecil. Dalam industri kimia, proses pemecahan sering dijumpai baik pada pengolahan bahan mentah (bahan tambang), bahan setengah jadi dan produk. a.

Karakteristik Partikel Zat Padat

Partikel zat padat secara individu dikarakteristikkan dengan ukuran, bentuk dan densitasnya. Partikel zat padat homgen mempunyai densitas yang sama dengan bahan bongkahan. Partikel-partikel yang didapatkan dengan memecahkan zat padat campuran, misalnya bijih yang mengandung logam mempunyai densitas yang biasanya berbeda dengan bahan induknya. Untuk partikel yang bentuknya beraturan, misalnya yang berbentuk bola atau kubus ukuran dan bentuknya dapat dinyatakan dengan mudah, tetapi partikel yang bentuknya tidak beraturan (seperti butir-butir pasir dan serpihan lainnya) ukuran dan bentuknya harus didefenisikan secara acak. b.

Bentuk Partikel

Bentuk setiap partikel dikarakterisasikan dengan sferisitas atau kebolaan (sphericity) ϕ, yang tidak bergantung pada ukuran partikel. Untuk partikel berbentuk bola dengan diameter Dp, Φs = 1; untuk partikel yang tidak berbentuk bola, sperifikasi didefenisikan oleh hubungan: Φs = Dimana: Dp = Diameter ekivalen atau diameter nominal partikel Sp = Luas permukaan satu partikel Vp = Volume suatu partikel Diameter ekivalen biasanya didefenisikan sebagai diameter bola yang volume sama dengan volume bola itu. Tetapi bahan-bahan berbentuk bijian 45 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1


(granular) halus, volume maupun luas permukaannya tidak mudah ditentukan secara eksak, sehingga Dp biasanya diambil dari ukuran nominal dengan analisis ayak (screen analysis) atau melalui pemeriksaan mikroskop. - Prinsip Peralatan Penghancuran (Kominusi) Kriteria Kominusi Kominusi adalah istilah umum yang sering digunakan untuk operasi penghancuran. Contohnya mesin pemecah (crusher) atau mesin penggiling (grinder). Pemecahan atau penggilingan yang ideal harus mempunyai kapasitas yang besar, memerlukan masukan daya yang kecil persatuan hasil dan memberikan hasil dengan satu ukuran tertentu atau dengan distribusi ukuran tertentu sesuai dengan yang dikehendaki. Efisiensi Pemencahan Rasio energi permukaan yang baru terbentuk terhadap energi yang diserap oleh zat padat disebut efisiensi pemecahan. Energi permukaan yang terbentuk pada waktu pemecahan adalah kecil dibandingkan dengan total energi mekanik yang tersimpan dalam bahan pada waktu rengkahannya dan kebanyakan dari energi mekanik itu diubah menjadi kalor. Analisa Ayakan Analisa ayakan bertujuan dalam proses pemisahan ukuran. Analisa ayakan pada material terdapat dua tempat pengamatan yaitu tertahan di atas ayakan (screen) dan material yang lolos dari ayakan. Dalam melakukan analisis, seperangkat alat ayak standar disusun secara deret dalam suatu tumpukan, dimana ayak yang anyaman paling rapat ditempatkan paling bawah dan anyaman paling besar ditempatkan paling atas. Contoh yang dianalisis lalu dimasukkan ke dalam ayak paling atas dan pengayak diguncang secara mekanis selama beberapa waktu tertentu. Partikel yang tertahan setiap ayakan dikumpulkan dan ditimbang massa pada setiap ayakan dikumpulkan dan ditimbang, massa setiap ayakan dikonversikan menjadi fraksi massa atau persen massa. Proses pencampuran Pencampuran zat padat (mixing) dalam beberapa hal sangat serupa dengan pencampuran zat cair yang berviskositas rendah. Dalam kedua proses ini terjadi saling campur antara kedua komponen terpisah atau lebih sehingga membentuk hasil yang agak seragam. Salah satu jenis pencampuran adalah blender tromol kembar (twin-shell blender) terbuat dari dua silinder yang dihubungkan sehingga membentuk V dan berputar pada sumbu horizontal. Blender tromol kembar ini lebih efektif untuk beberapa operasi pencampuran. 46 | Jagalah kebersihan, ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama praktikum di Laboratorium OTK 1


3.

PROSEDUR KERJA

Penghancuran Material Menggunakan Ball Mill a. b. c.

d.

Dimasukkan sampel ke dalam porselin, dan diselang–selingi dengan ball mill yang berbagai ukuran. Dihidupkan peralatan ball mill dengan dihubungkan ke rangkaian listrik. Peralatan dijalankan dan material digiling untuk selang waktu yang telah ditentukan.

Setelah selesai peralatan dimatikan dan porselin diturunkan dari motor penggerak.

Distribusi Partikel dalam Ayakan a. b. c.

d. e.

Sampel yang sudah ditimbang dari hasil penggillingan dimasukkan kedalam ayakan paling atas. Lalu susun ayakan sesuai urutan Dilakukan ayakan secara manual, sampel yang tertahan di tiap ayakan dihitung beratnya.

Sieve Vibrator Shaker dihidupkan untuk memberikan guncangan atau getaran pada ayakan secara mekanis selama 30 menit. Jumlah sampel yang tertahan pada tiap ayakan ditimbang.

Menghitung Sudut Luncur a.

Sampel dimasukkan kedalam angle chamber secara manual sehingga batas setengah.



b.

Diputar chamber secara perlahan-lahan hingga pertikel pertama sekali mulai meluncur jatuh kebawah, dicatat besarnya sudut luncur tersebut.

c.

Dilakukan percobaan berulang kali untuk diambil nilai rata-ratanya.

Percobaan Laju Alir dari Hopper a.

Dimasukkan sampel ke dalam hopper pada level ketinggian yang sesuai dengan penugasan.

b.

Dibuka orifice di bawahnya dan tampung material dalam balance pan, dicatat waktu yang dibutuhkan material untuk jatuh dari hopper sampai ketinggian turunnya material itu sesuai dengan penugasan. Ditimbang material yang tertampung di dalam balance pan. Dilakukan percobaan berulang kali untuk masing-masing diameter orifice yang berbeda, untuk sampel yang sama dan pada ketinggian awal yang sama atau sebaliknya pada orifice yang sama dan pada ketinggian awal yang bervariasi.

c. d.

Percobaan Pencampuran Bahan Padat a.

Dimasukkan material dalam V blender dan ditutup kembali, material yang diisikan pada kedua sisi berbeda.



b. c.

Dihidupkan blender dengan menekan tombol dan kecepatan diaturlah dengan tombol. Untuk beberapa selang waktu dianalisa hasil pencampuran tersebut.



4.

PENUGASAN

Klp

Sampel (1200 gr)

Waktu Kominusi (menit)

Waktu screening (menit)

A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 A-7 A-8 B-1 B-2 B-3 B-4 B-5 B-6 B-7 B-8

Arang Batu kapur Kacang kedelai Batu bata Kacang tanah Batu bara Kacang hijau Tawas Batu bara Kacang hijau Arang Batu kapur Kacang tanah Tawas Batu bata Kacang kedelai

20, 40, 60 15, 30, 45 20, 40, 60 25, 50, 75 30, 40,50 30, 60, 90 40, 80, 120 15, 30, 45 20, 40, 60 15, 30, 45 20, 40, 60 30, 40,50 25, 50, 75 30, 60, 90 40, 80, 120 15, 30, 45

15 dan 30 10 dan 20 20 dan 40 15 dan 30 10 dan 20 20 dan 40 10 dan 20 25 dan 50 15 dan 30 25 dan 50 20 dan 40 25 dan 50 15 dan 30 20 dan 40 10 dan 20 15 dan 30

Tinggi padatan dalam hopper (cm) 1 dan 1,5 1 dan 2 2 dan 2,5 1 dan 1,5 1 dan 2 2 dan2,5 1 dan 2 2 dan 2,5 1 dan 1,5 1 dan 2 2 dan 2,5 1 dan 1,5 1 dan 2 2 dan 2,5 1 dan 1,5 1 dan 2


Diameter orifice (mm)

Kecepatan mixing (rpm)

Waktu mixing (menit)

6 dan 9 6 dan 12 9 dan 12 6 dan 9 9 dan 12 6 dan 12 9 dan12 6 dan 9 9 dan12 6 dan 15 6 dan 9 9 dan 15 6 dan 12 9dan 15 6 dan12 6 dan15

30 dan 40 20 dan 50 30 dan 60 30 dan 40 20 dan 50 30 dan 60 30 dan 40 20 dan 50 30 dan 60 30 dan 40 20 dan 50 30 dan 60 30 dan 40 20 dan 50 30 dan 60 30 dan 40

10 15 20 10 15 20 10 15 20 10 15 20 10 15 20 10


5.

DATA PENGAMATAN

a.

Distribusi Partikel Sampel pada waktu kominusi “x” menit Berat Awal = ..... gram Berat Akhir = ..... gram Waktu pengayakan = ..... gram

Tabel 5.1 Berat partikel yang tertahan pada waktu kominusi x menit Ukuran Ayakan Berat Pertikel Tertahan Berat Pertikel Terlolos (mesh) (gram) (gram) 4 6 8 25 60 Pan b.

Sudut Luncur Sampel pada waktu kominusi “x” menit dan pengayakan “y” menit

Tabel 5.2 Sudut luncur partikel “z” Ukuran ayakan (mesh) 1 4 6 8 25 60 Pan

Sudut luncur (  ) 2 3

Rata-rata

51 | Jaga Kebersihan, Ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama Praktikum di Laboratorium OTK 1


c.

Laju Alir Padatan Dalam Hopper Sampel pada waktu kominusi “x” menit dan pengayakan “y” menit

Tabel 5.3 Laju alir sampel di dalam hopper Ukuran Tinggi Diameter ayakan padatan dalam orifice (mm) (mesh) hopper (cm)

Waktu (detik)

Massa (gram)

4 6 8 25 60 Pan

d. Pencampuran (mixing) Tabel 5.4 Data pencampuran pada sampel Kecepatan mixing Waktu mixing (rpm) (menit)

Hasil yang didapat (bercampur sempurna, sebagian)

*Lampirkan foto hasil yang didapat



MODUL PERCOBAAN VI AGITASI MEKANIK DAN PENCAMPURAN CAIRAN

1.

TUJUAN PERCOBAAN

Menentukan pola pencampuran, kebutuhan daya, waktu pencampuran, bilangan Reynold, bilangan Power dan bilangan Froud dari fluida yang bercampur. 2.

DASAR TEORI

Pencampuran (mixing) merupakan operasi yang tujuannya untuk mengurangi ketidaksamaan komposisi, suhu atau sifat lain yang terdapat dalam suatu bahan. Pencampuran dapat terjadi karena adanya gerakan dari bahan tersebut. Agar bahan dapat bergerak diperlukan suatu pengadukan yang merupakan gerakan terinduksi menurut cara tertentu pada suatu bahan dalam bejana. Gerakan itu biasanya mempunyai semacam pola sirkulasi, salah satunya adalah proses pencampuran. Istilah pencampuran dapat diartikan dengan memberikan gerakan yang tidak beraturan atau keadaan yang turbulen terhadap fluida, dari pemberian kerja mekanik pada fluida yang bersangkutan. Proses pencampuran memberikan aplikasi yang luas dalam industri kimia, baik dalam proses ekstraksi pencampuran, adsorpsi, perpindahan panas dan reaksi kimia. Walaupun proses pencampuran dapat dibahas berserta proses yang bersangkutan, namun proses ini lebih sering dianggap sebagai suatu proses yang berdiri sendiri. Salah satu cara untuk operasi pencampuran adalah pengadukan. Pemilihan pengaduk sangat ditentukan oleh jenis pencampuran yang diinginkan serta keadaan bahan yang akan dicampur. Pada bidang teknologi lingkungan misalnya, pengadukan digunakan untuk proses fisika seperti pelarutan bahan kimia dan proses pengentalan (thickening), proses kimiawi seperti koagulasi. Dalam proses kimia dikenal adanya pencampuran fase homogen dan pencampuran fase heterogen. Untuk fase homogen, umpamanya pencampuran cair dengan cair, gas dengan gas, dan padat dengan padat. Sedang untuk fase heterogen salah satunya adalah fase cair dengan padat. Pencampuran ialah peristiwa menyebarnya bahan secara acak, suatu bahan menyebar ke dalam bahan lain dan sebaliknya, yang sebelumnya dalam dua fase atau lebih. Pengadukan zat cair dilakukan untuk berbagai tujuan, antara lain: a.

Melarutkan padatan dalam cairan, seperti garam dalam air.



b. c. d. e. f.

Untuk mencampur zat cair yang mampu campur (miscible), sebagai contoh metil alkohol dengan air. Untuk mendispersikan gas dalam zat cair dengan berbentuk gelembunggelembung kecil. Untuk menyebarkan zat cair yang tidak dapat campur sehingga membentuk emulsi atau suspensi partikel halus pada kedua zat cair immiscible tersebut. Untuk mempercepat perpindahan kalor antara zat cair baik sesama bahan dengan menyuplai panas yang ada dalam tangki pencampuran tersebut. Untuk mempercepat perpindahan massa antara fase yang terdispersi.

Zat cair biasanya diaduk di dalam sutu tangki atau bejana, biasanya yang berbentuk silinder dengan sumbu terpasang vertikal. Di dalam tangki itu dipasang impeller pada ujung tutup yang ditumpu dari atas dan digerakkan oleh motor. Tangki itu biasanya dilengkapi dengan lubang masuk dan lubang keluar, kumparan kalor, mantel, dan sumur untuk menempatkan termometer atau piranti pengukuran suhu lainnya. Impeller itu akan membangkitkan pola aliran di dalam sistem yang menyebabkan zat cair bersirkulasi di dalam bejana dan akhirnya kembali ke impeller. Menurut arus yang dihasilkan, impeller terbagi dua (Suhendrayatna, 2005) yaitu: a. b.

Axial-flow impeller; membangkitkan arus sejajar dengan sumbu poros. Radial-flow impeller; membangkitkan arus tangensial atau radial.

Menurut bentuknnya impeller terbagi tiga, yaitu: propeller (baling-baling), paddle (dayung) dan turbin (Geankoplis, 1983). Pola aliran di dalam bejana yang sedang diaduk tergantung pada jenis impeller, karateristik fluida, ukuran serta perbandingan tangki, sekat dan agitator. Kecepatan fluida pada setiap titik dalam tangki mempunyai tiga komponen yaitu: 1. 2. 3.

Komponen radial yang bekerja pada arah tegak lurus terhadap poros impeller. Komponen longitudinal yang bekerja pada arah paralel dengan poros. Komponen tangensial atau rotational yang berkerja pada arah singgung terhadap lintasan di sekeliling poros.

Pola aliran keseluruhan di dalam tangki itu bergantung pada variasi dari ketiga komponen itu dari satu lokasi ke lokasi lain. Komponen radial dan komponen longitudinal sangat aktif dalam memberi aliran pencampuran.



Dalam operasi pencampuran dan penyebaran (dispersi), laju dispersi bukanlah merupakan satu-satunya faktor dan bukan pula merupakan faktor yang terpenting. Impeller pada kecepatan tinggi akan membangkitkan turbulensi yang kuat. Keturbulenan adalah akibat dari arus yang terarah baik dan gradien kecepatan yang cukup besar di dalam zat cair. Sirkulasi dan pembangkitan keturbulenan, keduanya memerlukan energi. Daya sangat dibutuhkan dalam operasi pencampuran untuk menggerakkan motor pengaduk agar terjadinya proses pencampuran. Faktor-faktor yang mempengaruhi kebutuhan daya ialah: diameter pengaduk (D), viskositas cairan (µ), densitas fluida (), medan gravitasi (g c), kecepatan putaran pengaduk (N), jumlah pengaduk pada poros, bentuk dan jenis pengaduk, perbandingan tinggi cairan pada tangki dengan diameter tangki. Dalam percobaan, daya yang disuplai untuk menggerakkan impeller diukur langsung dengan alat ukur multitester (voltmeter dan amperemeter), dengan menggunakan rumus: P = V. I Dimana: V = tegangan listrik (volt) I = arus listrik (ampere) Waktu pencampuran adalah waktu yang dibutuhkan fluida untuk bercampur merata ke seluruh tangki sehingga campuran bersifat homogen. Waktu pencampuran dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain: a. b. c. d. e.

f. g. h. i.

Ada tidaknya baffle Bentuk pengaduk Kecepatan putar Ukuran pengaduk Posisi pengaduk; centrally dan vertikal; off-centered dan vertikal; miring terhadap sumbu vertikal; horizontal pada sisi tangki dan membentuk sudut terhadap diameter tangki. Jumlah daun pengaduk Jumlah pengaduk dalam suatu proses Karateristik campuran, densitas, viskositas, dapat bercampur atau tak dapat bercampur Perbandingan cairan dan diameter tangki



j.

Bilangan tak berdimensi

Bilangan Tak Berdimensi Ada tiga bilangan tak berdimensi yang sangat berpengaruh dalam proses pencampuran yaitu: 1.

Bilangan Reynold (NRe)

Bilangan ini menggambarkan jenis aliran dalam fluida yang disebabkan oleh putaran batang pengaduk. Secara matematis bilangan Reynold dapat ditulis: (

)

Dimana: Da = Diameter impeller n = Kecepatan putaran fluida  = Densitas µ = Viskositas 2.

Bilangan Power (Np)

Bilangan ini digunakan untuk menggambarkan hubungan dan kaitannya dalam pengerjaan operasi dan juga untuk menghitung tenaga yang dibutuhkan pada operasi yang dilaksanakan. Secara matematis bilangan ini dapat ditulis:

Dimana: P = Daya keluaran motor Da = Diameter impeller n = Kecepatan putaran impeller  = Densitas



3.

Bilangan Froude (NFr)

Bilangan ini untuk menghitung pengaruh gravitasi bumi dalam penentuan gerakan fluida dan juga mengetahui besarnya vorteks yang terjadi. Secara matematis bilangan ini dapat ditulis:

Dimana: Da = Diameter impeller n = Kecepatan putaran impeller gc = Gravitasi bumi 3.

PROSEDUR PERCOBAAN

1.

Dipasang peralatan yang diperlukan seperti tangki, motor penggerak pengaduk dan voltmeter. Voltmeter dan ampere meter dihubungakan ke sumber listrik seperti Gambar 1.

2.

Dimasukkan sejumlah fluida tertentu ke dalam sebuah tangki yang ber-baffle atau pun yang tidak ber-baffle.



3. 4. 5.

6.

Letakan posisi pengaduk pada posisi center dan off-center. Di set speed motor pada posisi yang ditentukan, dan diatur kecepatan putaran motor dengan variasi yang diberikan Untuk menghitung kecepatan pengaduk tiap menit, dilekatkan plaster pada pengaduk kemudian dihitung dengan menggunakan jari berapa putaran yang dihasilkan tiap menit. Ditentukan waktu pencampuran dengan menyuntik sejumlah tinta ke dalam fluida, dan dicatat waktu yang dibutuhkan sampai warna terdistribusi sempurna.



7.

8.

4. No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Diamati pola aliran dengan memasukkan sejumlah butiran padat yang dapat mengapung diatas permukaan fluida. Diamati pola yang terjadi (pandangan dari atas dan samping). Kebutuhan daya ditentukan dengan menghubungkan voltmeter dan miliampere untuk satu putaran pengaduk tertentu PENUGASAN Fluida Air Clay 15% Clay 20% Clay 25% Clay 30% Kapur 15% Kapur 20% Kapur 25% Kapur 30% Kanji 15% Kanji 20% Kanji 25% Kanji 30%

H/Dt 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00

E/Dt 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20 1,25 1,30 1,35 1,40 1,45 1,50

RPM 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180

Volt 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 120 125

Tentukan: 1. Waktu pencampuran sehingga homogen 2. Densitas fluida 3. Viskositas fluida 4. Hubungan antara kecepatan putaran dengan waktu pencampuran 5. Bilangan tak berdimensi 6. Jika terjadi penyimpangan, jelaskan penyebabnya.’



5.

DATA PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN

5.1 Data Kondisi Tangki Parameter Diameter propeller Diameter paddle Diameter turbin Diameter tangki ber-baffle Diameter tangki tanpa baffle Tinggi fluida dalam tangki ber-baffle Tinggi fluida dalam tangki tanpa baffle 5.2 Data Densitas Fluida Kondisi piknometer Berat piknometer kosong (g) Berat piknometer ditambah air (g) Berat piknometer ditambah clay (g) Berat piknometer ditambah kapur (g) Berat piknometer ditambah kanji (g) Volume piknometer (ml)

Ukuran (cm)

Ukuran



5.3 Data Pola Aliran untuk Berbagai Jenis Tangki dan Impeller Tampak samping Tampak Atas Pola Aliran dan Vorteks Impeller propeller Pola aliran pada tangki tanpa baffle dengan posisi pengaduk centrally Pola aliran pada tangki tanpa baffle dengan posisi pengaduk offcentre Pola aliran pada tangki ber-baffle dengan posisi pengaduk centrally Pola aliran pada tangki tanpa baffle dengan posisi pengaduk offcentre Impeller paddle Pola aliran pada tangki tanpa baffle dengan posisi pengaduk centrally Pola aliran pada tangki tanpa baffle dengan posisi pengaduk offcentre Pola aliran pada tangki ber-baffle dengan posisi pengaduk centrally Pola aliran pada tangki tanpa baffle dengan posisi pengaduk offcentre Impeller turbin Pola aliran pada tangki tanpa baffle dengan posisi pengaduk centrally Pola aliran pada tangki tanpa baffle dengan posisi pengaduk off61 | Jaga Kebersihan, Ketertiban, kedisiplinan dan ketelitian selama Praktikum di Laboratorium OTK 1


centre Pola aliran pada tangki ber-baffle dengan posisi pengaduk centrally Pola aliran pada tangki tanpa baffle dengan posisi pengaduk offcentre 5.4 Data Waktu Pencampuran untuk Fluida Air pada Pengaduk Propeller Waktu Pencampuran (s) Voltase Kecepatan Unbaffle Baffle (V) (Rpm) Central Off-Centre Central Off-Centre



5.5 Data Waktu Pencampuran untuk Fluida Air pada Pengaduk Paddle Waktu Pencampuran (s) Voltase Kecepatan Unbaffle Baffle (V) (Rpm) Central Off Centre Central Off Centre

5.6 Data Waktu Pencampuran untuk Fluida Air pada Pengaduk Turbin Waktu Pencampuran (s) Voltase Kecepatan Unbaffle Baffle (V) (Rpm) Central Off-Centre Central Off-Centre



5.7 Data Waktu Pencampuran untuk Fluida pada Pengaduk Propeller Waktu Pencampuran (s) Voltase Kecepatan Unbaffle Baffle (V) (Rpm) Central Off-Centre Central Off-Centre

5.8 Data Waktu Pencampuran untuk Fluida pada Pengaduk Paddle Waktu Pencampuran (s) Voltase Kecepatan Unbaffle Baffle (V) (Rpm) Central Off-Centre Central Off-Centre



5.9 Data Waktu Pencampuran untuk Fluida pada Pengaduk Turbin Waktu Pencampuran (s) Voltase Kecepatan Unbaffle Baffle (V) (Rpm) Central Off-Centre Central Off-Centre

5.10 Data Pola Aliran No

Jenis Pengaduk

Jenis Tangki

Posisi Pengaduk

Pola Aliran

Central Unbaffle Off-Centre 1

Propeller Central Baffle Off-Centre Central Unbaffle Off-Centre

2

Turbine Central Baffle Off-Centre Central Unbaffle Off-Centre

3

Paddle Central Baffle Off-Centre



5.11 Data Pembentukan Vorteks No

Jenis Pengaduk

Jenis Tangki

Posisi Pengaduk

Vorteks

Central Unbaffle Off-Centre 1

Propeller Central Baffle Off-Centre Central Unbaffle Off-Centre

2

Turbine Central Baffle Off-Centre Unbaffle

3

Paddle Baffle

Central Off-Centre Central Off-Centre


MODUL PERCOBAAN I DEEP BED FILTER

Recommend Documents