E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik ...che.unsyiah.ac.id/wp-content/uploads/sites/4/2013/10/Modul-Lab-OTK... · E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan

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

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

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



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:



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/ft

2). 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



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 waktu-

waktu 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.



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:

2

3

1s

P

pL uD

Lf

PH

Dimana:

HL = kehilangan daya tekan (head loss)

p = kehilangan tekanan (pressure drop)

L = tinggi unggun

Dp = diameter partikel efektif

= fraksi ruang kosong dalam unggun

us = kecepatan superfisial

fp = 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

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. Dibuka kran (1) dan (3).

2. Dihidupkan pompa sehingga slurry tersikulasi ke dalam kolom filtrasi.

3. Diaturlah laju alir slurry dengan membuka kran (5), bila aliran tidak

cukup maka tutup kran sirkulasi (3) perlahan sehingga mencapai laju

alir yang diinginkan.

4. 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.

5. Diambil filtrat pada t = 0 dan seterusnya sesuai dengan tugas.

6. Dicatat pembacaan manometer pada tiap-tiap pipa.

Unggun Manometer

Bak Slurry Bak Filtrat

Pompa

Valve 6 Valve 7

Valve 5

Valve 8 Valve 9

Valve 4 Valve 3

Valve 1 Valve 2



7. Dihitung absorbansi dari filtrat yang diambil.

8. Dihitung head loss pada setiap titik dan waktu sesuai dengan tugas.

c) Tahap backwash

1. Dibuka kran (2), (4), dan (7), sedangkan kran lainnya dalam keadaan

tertutup.

2. Diatur laju alir backwash dengan membuka kran (5).

3. Dihitung pressure drop selama proses backwash sesuai dengan tugas.

4. Diambil filtrat untuk dihitung absorbansinya sesuai tugas yang

diberikan.

d) Menghentikan peralatan

1. Dimatikan semua peralatan dengan menekan tombo “OFF” setelah

percobaan selesai.

2. Diputuskan hubungan peralatan dengan sumber arus dan sumber air.

3. Dipastikan tidak ada genangan air di sekitar peralatan setelah anda

melakukan praktikum.

e) Perawatan peralatan

1. Dibersihkan tangki penampung dan peralatan backwash sampai

bersih.

2. Diperiksa dengan teliti rangkaian listrik dari peralatan dan jangan

diletakkan di dekat genangan air.

3. Diperiksa kran pembuka untuk pengambilan sampel berada di

tempatnya.



4. PENUGASAN

No

Konsentrasi

CaCO3

(mg/L)

Laju Alir

(L/menit)

Waktu

(menit)

Interval

Waktu

(Menit)

Volume

Larutan

(L)

1 350 2

80 20 150 2,5

2 320 1,5

60 15 250 4

3 300

3 50 10 300 410

4 330

2,5 75 15 180 390

5 270

3,5 40 10 350 400

6 250

3 60 20 260 350

7 290 1,5

60 15 220 4

8 340

3,5 50 10 320 420

9 250 2

75 25 200 3

10 380 3,5

45 15 360 4,5



5. DATA PENGAMATAN

5.1. Hubungan Pressure Drop terhadap Kedalaman Unggun pada Tahap

Downward

Pipa

M = mg/L Q = L/menit M = mg/L Q = L/menit

Waktu = menit Waktu = 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

Pipa



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

Pipa



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

Pipa



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 = NTU

ppm = NTU

5.5.1 Turbidity pada Tahap Downward

Pipa



5.5.2 Turbidity pada Tahap Backwash

Pipa





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



Q = h.A (Td – T)

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.

Dimana:

Q = laju perpindahan panas (W)

h = koefisien konveksi (W/m2.K)

A = luas permukaan (m2)

Td = temperatur dinding (K)

T = temperatur udara (K)

c. 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.



Besarnya panas yang diradiasikan oleh suatu benda dirumuskan melalui

hukum Stefan-Boltzmann.

Dimana:

ε = emisivitas (sifat radiasi pada permukaan)

A = luas permukaan (m2)

σ = konstanta Stefan-Boltzman (5,67.108 W/m2.K

4)

= temperatur absolute permukaan (K

4)

= temperatur sekitar (K

4)

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

Q = ε.A.σ (

)



6) bentuk permukaan kontak

a. 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 = diameter pipa

L = panjang pipa



Koevisien perpindahan panas konveksi dibantu oleh:


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 Konveksi Paksa

P = 5 watt

P = 10 watt

P = 15 watt

P = 20 watt

P = 25 watt

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


………

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


………

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


………

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).



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):

)( TThAq w

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.


1) Alat-alat

a. Tangki 1 buah

b. Motor 1 buah

c. Termometer 9 buah

d. Batang Statis 1 buah

e. Voltmeter 1 buah

f. Pengaduk 1 buah

g. Heater 1 buah

h. Timbangan 1 buah

i. Stopwatch 1 buah

j. Rol 1 buah

k. Wayer 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

Waktu

(Mnt)

Temperatur

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

Tinggi air sebelum pemanasan = cm Massa air awal = kg

Tinggi air sesudah pemanasan = cm Massa air akhir = kg

Waktu

(Mnt)

Temperatur

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110





5.2 Untuk tangki berpengaduk

Waktu

(Mnt)

Temperatur

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140



Waktu

(Mnt)

Temperatur

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110





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. 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.

2. 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 +

z2 g +

( )


- Alat yang digunakan: - Rangkaian alat aliran fluida

- Pompa

- Manometer H2O

- Baker Glass 1000 ml

- Stopwatch

- Bahan yang digunakan: - Air

Pompa Manometer

http://id.wikipedia.org/wiki/Mekanika_fluida

http://id.wikipedia.org/wiki/Fluida



- 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



Perpipaan 2

Sudden Enlargment Sudden Contraction

Smooth Surface 0,5m Smooth Surface 1m

Perpipaan 3

Smooth Surface 1 m

Perpipaan 4

Strainer Y Elbow 45

Ball Valve 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

Perbedaan Tekanan Manometer (mmH2O)

Q1=

L/min

Q2=

L/min

Q3=

L/min

Q4 =

L/min

Q5=

L/min

Pipa Induk

1 Orifice Meter

2 Venturi Meter

3 Pitot Static

4 Tee

5 Bend 90

6 Strainer Y

Perpipaan 1

1 Smooth Surface 1 m

Perpipaan 2

1 Sudden Contraction

2 Smooth Surface 0,5 m

3 Smooth Surface 1 m

4 Sudden Enlargement

Perpipaan 3

1 Smooth Surface 1m

Perpipaan 4

1 Rough Surface 1 m

2 Rough Surface 0,2 m

3 Ball Valve

4 Elbow 45

5 Strainer Y

Perpipaan 5

1 Gate Valve

2 Globe Valve

3 Strainer

4 Elbow 90



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



(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.



3. PROSEDUR KERJA

Penghancuran Material Menggunakan Ball Mill

a. Dimasukkan sampel ke dalam porselin, dan diselang–selingi dengan ball

mill yang berbagai ukuran.

b. Dihidupkan peralatan ball mill dengan dihubungkan ke rangkaian listrik.

c. Peralatan dijalankan dan material digiling untuk selang waktu yang telah

ditentukan.

d. Setelah selesai peralatan dimatikan dan porselin diturunkan dari motor

penggerak.

Distribusi Partikel dalam Ayakan

a. Sampel yang sudah ditimbang dari hasil penggillingan dimasukkan kedalam

ayakan paling atas.

b. Lalu susun ayakan sesuai urutan

c. Dilakukan ayakan secara manual, sampel yang tertahan di tiap ayakan

dihitung beratnya.

d. Sieve Vibrator Shaker dihidupkan untuk memberikan guncangan atau

getaran pada ayakan secara mekanis selama 30 menit.

e. 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.

c. Ditimbang material yang tertampung di dalam balance pan.

d. 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.

Percobaan Pencampuran Bahan Padat

a. Dimasukkan material dalam V blender dan ditutup kembali, material yang

diisikan pada kedua sisi berbeda.



b. Dihidupkan blender dengan menekan tombol dan kecepatan diaturlah

dengan tombol.

c. Untuk beberapa selang waktu dianalisa hasil pencampuran tersebut.



4. PENUGASAN

Klp Sampel

(1200 gr)

Waktu

Kominusi

(menit)

Waktu

screening

(menit)

Tinggi

padatan

dalam hopper

(cm)

Diameter

orifice (mm)

Kecepatan

mixing

(rpm)

Waktu

mixing

(menit)

A-1 Arang 20, 40, 60 15 dan 30 1 dan 1,5 6 dan 9 30 dan 40 10

A-2 Batu kapur 15, 30, 45 10 dan 20 1 dan 2 6 dan 12 20 dan 50 15

A-3 Kacang kedelai 20, 40, 60 20 dan 40 2 dan 2,5 9 dan 12 30 dan 60 20

A-4 Batu bata 25, 50, 75 15 dan 30 1 dan 1,5 6 dan 9 30 dan 40 10

A-5 Kacang tanah 30, 40,50 10 dan 20 1 dan 2 9 dan 12 20 dan 50 15

A-6 Batu bara 30, 60, 90 20 dan 40 2 dan2,5 6 dan 12 30 dan 60 20

A-7 Kacang hijau 40, 80, 120 10 dan 20 1 dan 2 9 dan12 30 dan 40 10

A-8 Tawas 15, 30, 45 25 dan 50 2 dan 2,5 6 dan 9 20 dan 50 15

B-1 Batu bara 20, 40, 60 15 dan 30 1 dan 1,5 9 dan12 30 dan 60 20

B-2 Kacang hijau 15, 30, 45 25 dan 50 1 dan 2 6 dan 15 30 dan 40 10

B-3 Arang 20, 40, 60 20 dan 40 2 dan 2,5 6 dan 9 20 dan 50 15

B-4 Batu kapur 30, 40,50 25 dan 50 1 dan 1,5 9 dan 15 30 dan 60 20

B-5 Kacang tanah 25, 50, 75 15 dan 30 1 dan 2 6 dan 12 30 dan 40 10

B-6 Tawas 30, 60, 90 20 dan 40 2 dan 2,5 9dan 15 20 dan 50 15

B-7 Batu bata 40, 80, 120 10 dan 20 1 dan 1,5 6 dan12 30 dan 60 20

B-8 Kacang kedelai 15, 30, 45 15 dan 30 1 dan 2 6 dan15 30 dan 40 10


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

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

(mesh)

Berat Pertikel Tertahan

(gram)

Berat Pertikel Terlolos

(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) Sudut luncur (

)

1 2 3 Rata-rata

4

6

8

25

60

Pan



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

ayakan

(mesh)

Diameter

orifice (mm)

Tinggi

padatan dalam

hopper (cm)

Waktu (detik) Massa (gram)

4

6

8

25

60

Pan

d. Pencampuran (mixing)

Tabel 5.4 Data pencampuran pada sampel

Kecepatan mixing

(rpm)

Waktu mixing

(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. Untuk mencampur zat cair yang mampu campur (miscible), sebagai contoh

metil alkohol dengan air.

c. Untuk mendispersikan gas dalam zat cair dengan berbentuk gelembung-

gelembung kecil.

d. Untuk menyebarkan zat cair yang tidak dapat campur sehingga membentuk

emulsi atau suspensi partikel halus pada kedua zat cair immiscible tersebut.

e. Untuk mempercepat perpindahan kalor antara zat cair baik sesama bahan

dengan menyuplai panas yang ada dalam tangki pencampuran tersebut.

f. 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. Axial-flow impeller; membangkitkan arus sejajar dengan sumbu poros.

b. 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. Komponen radial yang bekerja pada arah tegak lurus terhadap poros impeller.

2. Komponen longitudinal yang bekerja pada arah paralel dengan poros.

3. 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 (gc), 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. Ada tidaknya baffle

b. Bentuk pengaduk

c. Kecepatan putar

d. Ukuran pengaduk

e. Posisi pengaduk; centrally dan vertikal; off-centered dan vertikal; miring

terhadap sumbu vertikal; horizontal pada sisi tangki dan membentuk sudut

terhadap diameter tangki.

f. Jumlah daun pengaduk

g. Jumlah pengaduk dalam suatu proses

h. Karateristik campuran, densitas, viskositas, dapat bercampur atau tak dapat

bercampur

i. 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


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:


n = Kecepatan putaran impeller

gc = Gravitasi bumi


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. Letakan posisi pengaduk pada posisi center dan off-center.

4. Di set speed motor pada posisi yang ditentukan, dan diatur kecepatan putaran

motor dengan variasi yang diberikan

5. Untuk menghitung kecepatan pengaduk tiap menit, dilekatkan plaster pada

pengaduk kemudian dihitung dengan menggunakan jari berapa putaran yang

dihasilkan tiap menit.

6. Ditentukan waktu pencampuran dengan menyuntik sejumlah tinta ke dalam

fluida, dan dicatat waktu yang dibutuhkan sampai warna terdistribusi sempurna.



7. Diamati pola aliran dengan memasukkan sejumlah butiran padat yang dapat

mengapung diatas permukaan fluida. Diamati pola yang terjadi (pandangan dari

atas dan samping).

8. Kebutuhan daya ditentukan dengan menghubungkan voltmeter dan miliampere

untuk satu putaran pengaduk tertentu

4. PENUGASAN

No Fluida H/Dt E/Dt RPM Volt

1 Air 0,70 0,70 110 120

2 Clay 15% 0,75 0,75 115 125

3 Clay 20% 0,80 0,80 120 130

4 Clay 25% 0,85 0,85 125 135

5 Clay 30% 0,90 0,90 130 140

6 Kapur 15% 0,95 0,95 135 145

7 Kapur 20% 1,00 1,00 140 150

8 Kapur 25% 1,05 145 155

9 Kapur 30% 1,10 150 160

10 Kanji 15% 1,15 155 165

11 Kanji 20% 1,20 160 170

12 Kanji 25% 1,25 165 175

13 Kanji 30% 1,30 170 180

14 1,35 175 120

15 1,40 180 125

16 1,45

17 1,50

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 Ukuran (cm)

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 Ukuran

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)



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


tanpa baffle dengan

posisi pengaduk off-

centre


ber-baffle dengan posisi

pengaduk centrally


tanpa baffle dengan


centre

Impeller paddle


tanpa baffle dengan

posisi pengaduk

centrally


tanpa baffle dengan


centre



pengaduk centrally


tanpa baffle dengan


centre

Impeller turbin


tanpa baffle dengan

posisi pengaduk

centrally


tanpa baffle dengan




centre



pengaduk centrally


tanpa baffle dengan


centre

5.4 Data Waktu Pencampuran untuk Fluida Air pada Pengaduk Propeller

Voltase

(V)

Kecepatan

(Rpm)

Waktu Pencampuran (s)

Unbaffle Baffle

Central Off-Centre Central Off-Centre



5.5 Data Waktu Pencampuran untuk Fluida Air pada Pengaduk Paddle

Voltase

(V)

Kecepatan

(Rpm)


Unbaffle Baffle

Central Off Centre Central Off Centre

5.6 Data Waktu Pencampuran untuk Fluida Air pada Pengaduk Turbin

Voltase

(V)

Kecepatan

(Rpm)


Unbaffle Baffle




5.7 Data Waktu Pencampuran untuk Fluida pada Pengaduk Propeller

Voltase

(V)

Kecepatan

(Rpm)


Unbaffle Baffle


5.8 Data Waktu Pencampuran untuk Fluida pada Pengaduk Paddle

Voltase

(V)

Kecepatan

(Rpm)


Unbaffle Baffle




5.9 Data Waktu Pencampuran untuk Fluida pada Pengaduk Turbin

Voltase

(V)

Kecepatan

(Rpm)


Unbaffle Baffle


5.10 Data Pola Aliran

No Jenis

Pengaduk

Jenis

Tangki

Posisi

Pengaduk Pola Aliran

1 Propeller

Unbaffle Central

Off-Centre

Baffle Central

Off-Centre

2 Turbine

Unbaffle Central

Off-Centre

Baffle Central

Off-Centre

3 Paddle

Unbaffle Central

Off-Centre

Baffle Central

Off-Centre



5.11 Data Pembentukan Vorteks

No Jenis

Pengaduk

Jenis

Tangki

Posisi

Pengaduk Vorteks

1 Propeller

Unbaffle Central

Off-Centre

Baffle Central

Off-Centre

2 Turbine

Unbaffle Central

Off-Centre

Baffle Central

Off-Centre

3 Paddle

Unbaffle Central

Off-Centre

Baffle Central

Off-Centre

Documents

E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik ...che.unsyiah.ac.id/wp-content/uploads/sites/4/2013/10/Modul-Lab-OTK... · E-Modul Laboratorium Operasi Teknik Kimia Jurusan