BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.1 II.1.. Dasa Dasarr Te Teori ori II.1.1. Pengertian sedimentasi
Proses pemisahan mekanik dapat didasarkan pada gerakan partikel solid atau liquid dalam suatu fluida. Fluida fluida. Fluida ialah ialah zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk (distorsi) secara secara perman permanen. en. Fluida Fluida tersebu tersebutt dapat dapat berupa berupa gas, mungk mungkin in zat cair, cair, dan mungk mungkin in bergerak dan mungkin pula diam. Bila kita mencoba mengubah bentuk suatu massa fluida, maka di dalam fluida itu akan terbentuklah lapisan-lapisan di mana lapisan yang satu meluncur di atas yang lain, hingga mencapai suatu bentuk yang baru. Selama perubahan bentuk itu, terdapat tegangan geser (shear (shear stress stress)) yang yang besarn besarnya ya bergan bergantun tung g pada pada viskositas fluida dan lau la u luncur. !etapi !etapi bila fluida itu sudah mendapatkan bentuk akhirnya, semua tegangan geser itu akan hilang. Fluida yang dalam keseimbangan itu bebas dari segala tegangan geser. Pada suatu suhu dan tekanan tertentu setiap fluida mempunyai densita densitass atau rapatan rapatan (densi (density) ty) tertentu yang dalam praktek keteknikan biasanya diukur dalam pound per cuibik foot "pon per kaki kubik# atau dalam kilogram per meter kubik. (Geankoplis, C.J, 1993) .
Sedimentasi adalah proses pemisahan padatan yang terkandung dalam limbah cair oleh gaya gravitasi, pada umumnya proses Sedimentasi dilakukan setelah proses $oagulasi dan Flokulasi dimana tuuannya tuuannya adalah untuk untuk memperbesar memperbesar partikel padatan padatan sehingga sehingga menadi lebih berat dan dapat tenggelam dalam %aktu lebih singkat. Sedimentasi bisa dilakukan dilakukan pada a%al maupun pada akhir dari unit sistim pengolahan. pengolahan. &ika kekeruhan kekeruhan dari influent influent tinggi, tinggi, sebaiknya sebaiknya dilakukan dilakukan proses sedimentasi a%al "primary "primary sedimentatio sedimentation# n# didahului dengan koagulasi dan flokulasi, dengan demikian akan mengurangi beban pada treat treatme ment nt beri beriku kutn tnya ya.. Seda Sedang ngka kan n secondary sedimentation yang yang terle terleta tak k pada pada akhi akhir r treatment gunanya untuk memisahkan dan mengumpulkan lumpur dari proses sebelumnya "activated sludge, sludge, '(, dlsb# dimana dimana lumpur lumpur yang yang terkumpul terkumpul tersebut dipompakan dipompakan keunit keunit pengolahan lumpur tersendiri " ahayu, ahayu, !""9#. !""9#. Sedimentasi merupakan proses pemisahan larutan suspensi menadi fluida ernih " supernatant supernatant # dan dan slurry yang mengandung mengandung padatan padatan lebih tinggi. )arutan )arutan suspensi suspensi terdiri terdiri dari campuran fase cair dan fase padat yang bersifat settlea#le "dapat settlea#le "dapat diendapkan karena perbedaan densitas antara fasenya#. Proses sedimentasi dapat dilakukan secara batch dan **-+
$%$ && '&J%% *+'%% continue. Proses batch sering digunakan untuk skala laboratorium sedangkan continue dipergunakan dalam proses komersil dengan mempertimbangkan kecepatan pengendapan terminal dari partikel-partikelnya. Percobaan skala laboratorium dilakukan pada suhu uniform untuk menghindari gerakan fluida atau konveksi karena perbedaan densitas yang dihasilkan dari perbedaan suhu (-cCa#e, 1993). II.1.2 Gaya-Gaya Selama Proses Sedimentasi Pengendapan teradi karena adanya interaksi gaya-gaya di sekitar partikel, yaitu
gayadrag dan gaya impelling . asa partikel menyebabkan adanya gayadrag dan diimbangi oleh gaya impelling , sehingga kecepatan pengendapan partikel konstan. (anonim, !"1") aya gravitasi dapat dinyatakan sebagai hasil kali antara massa dan percepatan partikel karena gaya ini, Fg = m x g =V p x
x
p
"Persamaan **.+.-+# $eterangan / Fg / aya gravitasi "0# m / assa "gram# g / Percepatan gravitasi "m1s# 2 p / (ensitas partikel "g1cm3# 4 p / 4olume partikel "m3# aya apung, sesuai dengan %sas %rchimedes, ialah hasil kali antara massa fluida partikel dan percepatan karena gaya luar. 4olume partikel itu ialah m12 p, dimana 2 p ialah densitas partikel.
Fb=
= Vp x 2 6 g
"Persamaan **.+.-# $eterangan / Fb 5 aya apung "0# m 5 assa "gram# g 5 Percepatan gravitasi "m1dt# 2 p 5 (ensitas partikel "g1cm3# 2 5 (ensitas fluida "g1cm3# 4 p 5 4olume partikel "m3#
**-
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik Kimia FTI - ITS
$%$ && '&J%% *+'%% aya impelling adalah resultan dari gaya yang disebabkan oleh gaya berat partikel atau gaya gravitasi "ke arah ba%ah# dan gaya apung "#ouyant , ke arah atas#. 7rah gayaimpelling adalah ke ba%ah dan dinyatakan dengan persamaan/ Fi5Fg ; Fb5"2 s- 2# g 6 4 "Persamaan **.+.-3# (imana/ Fi 5 gayaimpelling "0# 2s 5 densitas massa partikel "kg1m3# 2 5 densitas massa air "kg1m3# 4 5 volume partikel "m3# g 5 percepatan gravitasi "m1detik # (anonim, !"1")
Gambar II.1.1 aya-gaya yang Bekera pada Partikel di 7ir (anonim, !"1")
aya drag adalah gaya yang mela%an gaya impelling sehingga partikel dalam kondisi setimbang. 7rah gaya ini adalah ke atas dan dinyatakabn dengan persamaan/ Fd 5 9( 6 79 6 2 "v 1 #
"Persamaan **.+.-8#
(imana/Fd5 aya drag "0# 9( 5 $oefisien drag "tanpa satuan# 7c 5 )uas potongan melintang partikel"m # v 5 $ecepatan pengendapan "m1s# (anonim, !"1") (ari rumus diatas, maka resultan gaya dapat dirumuskan dengan/
m
= Fg-Fb-Fd
"Persamaan **.+.-:#
Laboratorium Tranportasi Fluida Program Studi D3 Teknik Kimia **-3 FTI - ITS
$%$ && '&J%% *+'%%
&ika kita lihat pada saat partikel atuh dari posisi sebelumnya, maka atuhnya partikel tersebut terbagi menadi dua periode/ periode atuh lau cepat dan periode atuh velocity konstan. Pada saat lau cepat %aktu yang diperlukan sangat singkat. $arena ituperiode atuh velocity konstan adalah yang paling penting. elocitytersebut dapat disebut uga /ree settling velocityatau terminal velocity "vt#.
vt =
"Persamaan **.+.-<# (imana/ vt 9(
5 'erminal velocity "m1s# 5 $oefisien drag "tanpa satuan#
2 p 5 (ensitas partikel "g1cm3# 2 5 (ensitas fluida "g1cm3# m 5 assa "gram# g 5 Percepatan gravitasi "m1dt# 7c 5 )uas potongan melintang partikel" m # (Geankoplis, C.J, 1993)
II.1. !a"tor-!a"tor #ang $em%engar&'i Pengenda%an
a.# !emperatur $elarutan semakin meningkat dengan naiknya suhu,adi dengan meningkatnyasuhu maka pembentukkan endapan akan berkurang disebabkan banyak endapan yang berada pada larutannya. b.# Sifat alami pelarut aram anorganik mudah larut dalam air dibandingkan dengan pelarut organik seperti alkohol atau asam asetat.Perbedaan kelarutan suatu zat dalam pelarut organik dapat dipergunakan untuk memisahkan campuran antara dua zat.Setiap pelarut memiliki kapasitas yang bebeda dalam melarutkan suatu zat,begitu uga dengan zat yang berbeda memiliki kelarutan yang bebeda pada pelarut tertentu. c.# Pengaruh ion seenis $elarutan endapan akan berkurang ika dilarutkan dalam larutan yang mengandung ion seenis dibandingkan dalam air saa. **-8
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik Kimia FTI - ITS
$%$ && '&J%% *+'%% d.# Pengaruh Ph $elarutan endapan garam yang mengandung anion dari asam lemah dipengaruhi oleh
p=,
hal
ini
disebabkan
karena
penggabungan
proton
dengan
anion
endapannya.isalnya endapan 7g* akan semakin larut dengan adanya kenaikan p= disebabkan => akan bergabung dengan * - membentuk =* e.# Pengaruh hidrolisis &ika garam dari asam lemah dilarutkan dalam air maka akan dihasilkan perubahan konsentrasi =>,dimana hal ini akan menyebabkan kation garam tersebut mengalami hidrolisis dan hal ini akan meningkatkan kelarutan garam tersebut. f.# Pengaruh ion kompleks $elarutan garam yang tidak mudah larut akan semakin meningkat dengan adanya pembentukkan kompleks antara ligan dengan kation garam tersebut.Sebagai contoh,7g9l akan naik kelarutannya ika ditambahkan larutan 0=3,hal ini disebabkan karena terbentuknya kompleks 7g"0= 3#9l (%nonim, !"1"). etode pengendapan dibagi menadi dua / etode pengendapan secara fisik yang berdasarkan gaya gravitasi "sedimentasi # Sedimentasi adalah proses pemisahan padatan yang terkandung dalam limbah cair oleh gaya gravitasi. Proses sedimentasi biasanya dilakukan setelah proses koagulasi dan flokulasi. (imana koagulasi merupakan proses penambahan bahan kimia "koagulan# ke dalam cairan yang akan diolah membentuk gumpalan "flok#. Sedangkan Flokulasi merupakan proses dimana gumpalan diaduk untuk mempercepat pembentukan flok, sehingga dapat dipisahkan dengan cara sedimentasi dan filtrasi. 7da dua cara sedimentasi / •
Sedimentasi di a%al "Primary Sedimentation# dapat dilakukan ika kekeruhan tinggi, untuk mengurangi resiko
kerusakan pompa1mesin pada treatment
berikutnya. •
Sedimentasi di akhir "Secondary Sedimentation# digunakan untuk memisahkan dan mengumpulkan lumpur"sludge# dari proses sebelumnya.
II.1.( $a)am-$a)am Sedimentasi Proses sedimentasi dapat dilakukan dengan tiga macam cara, yaitu / +. 9ara Batch
Laboratorium Tranportasi Fluida Program Studi D3 Teknik Kimia **-: FTI - ITS
$%$ && '&J%% *+'%% 9ara ini cocok dilakukan untuk skala laboratorium, karena sedimentasi
batch paling
mudah dilakukan, pengamatan penurunan ketinggian mudah. ekanisme sedimentasi batch pada suatu silinder 1 tabung bisa dilihat pada gambar berikut /
Gambar II.1.2 ekanisme Sedimentasi Batch
(%nonim, !"11) $eterangan / 7 5 cairan bening B 5 zona konsentrasi seragam 9 5 zona ukuran butir tidak seragam ( 5 zona partikel padat terendapkan ambar di atas menunukkan slurry a%al yang memiliki konsentrasi seragam dengan partikel padatan yang seragam di dalam tabung "zona B#.Partikel mulai mengendap dan diasumsikan mencapai kecepatan maksimum dengan cepat.?ona ( yang terbentuk terdiri dari partikel lebih berat sehingga lebih cepat mengendap.Pada zona transisi, fluida mengalir ke atas karena tekanan dari zona (. ?ona 9 adalah daerah dengan distribusi ukuran yang berbeda-beda dan konsentrasi tidak seragam.?ona B adalah daerah konsentrasi seragam, dengan konsentrasi dan distribusi sa-ma dengan keadaan a%al. (i atas zona B, adalah zona 7 yang merupakan cairan bening(%nonim, !"11). Selama sedimentasi berlangsung, tinggi masing-masing zona berubah "gambar b, c, d#.?ona 7 dan ( bertambah, sedang zona B berkurang. 7khirnya zona B, 9 dan transisi hilang, semua padatan berada di zona (. Saat ini disebut critical settling point , yaitu saat terbentuknya batas tunggal antara cairan bening dan endapan (%nonim, !"11) . 9ara Semi-Batch Pada sedimentasi semi-batch , hanya ada cairan keluar saa, atau cairan masuk saa. &adi, kemungkinan yang ada bisa berupa slurry yang masuk atau beningan yang keluar. ekanisme sedimentasi semi-batch bisa dilihat pada gambar berikut /
**-<
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik Kimia FTI - ITS
$%$ && '&J%% *+'%%
II.1. ekanisme
Gambar
Sedimentasi SemiBatch (%nonim, !"11) $eterangan / 7 5 cairan bening B 5 zona konsentrasi seragam 9 5 zona ukuran butir tidak seragam ( 5 zona partikel padat terendapkan 3. 9ara $ontinyu Pada cara ini, ada cairan slurry yang masuk dan beningan yang dikeluarkan secara kontinyu. Saat steady state, ketinggian tiap zona akan konstan. ekanisme sedimentasi kontinyu bisa dilihat pada gambar berikut /
Gambar II.1.( ekanisme Sedimentasi $ontinyu
(%nonim, !"11) $eterangan / 7 5 cairan bening B 5 zona konsentrasi seragam 9 5 zona ukuran butir tidak seragam
Laboratorium Tranportasi Fluida Program Studi D3 Teknik Kimia **-@ FTI - ITS
$%$ && '&J%% *+'%% ( 5 zona partikel padat terendapkan Pada keadaan a%al, konsentrasi slurry seragam di seluruh bagian tabung. $ecepatan sedimentasi konstan, terlihat pada grafik hubungan antara z ) dan A ) membentuk garis lurus untuk periode a%al "dz1dt5v5konstan#. Periode ini disebut /ree settling , dimana padatan bergerak turun hanya karena gaya gravitasi. $ecepatan yang konstan ini disebabkan oleh konsentrasi di lapisan batas yang relatif masih kecil, sehingga pengaruh gaya tarik-menarik antar partikel, gaya gesek dan gaya tumbukan antar partikel dapat diabaikan. Partikel yang berukuran besar akan turun lebih cepat, menyebabkan tekanan ke atas oleh cairan bertambah, sehingga mengurangi kecepatan turunnya padatan yang lebih besar. =al ini membuat kecepatan penurunan semua partikel "baik yang kecil maupun yang besar# relatif sama atau konstan(%nonim, !"11) $ondisi /ree settling dan hindered settling dapat diamati pada grafik hubungan antara z)dan A). (imana untuk kondisi /ree settling ditunukkan saat grafik masih berupagaris lurus, sedangkan saat grafik mulai melengkung merupakan kondisi hindered settling . (%nonim, !"11) i pengendapan secara #atch dilakukan untuk menggambarkan mekanisme pengendapan dan metode penentuan kecepatan pengendapan.Pada a%al s edimentasi $atch, konsentrasi padatan sepanang silinder "zona B# uniform. Segera setelah proses mulai, seluruh partikel suspensi solid . Partikel-partikel padat atuh bebas pada kecepatan yang sama dan membentuk garis pembatas taam antara cairan supernatant "zona 7# dan zona suspensi "zona B# serta slurry. (i dalam slurryyang mengandung partikel-partikel ukuran berbeda, partikel-partikel yang lebih besar akan mengendap lebih cepat dan mulai menumpuk, dimana zona ( dan zona transisi 9 yang mengandung padatan yang bervariasi antara konsentrasi zona B dan zona ( mulai nampak. Setelah pengendapan lebih auh atau pada kondisi kecepatan pengendapan kompresinya, zona B dan zona 9 tidak nampak tetapi hanya terdapat slurry pekat pada zona ((-cCa#e, 1993#. $ecepatan pengendapan dapat ditentukan dengan mengamati tinggi inter/ace "antarfase# sebagai fungsi %aktu yang diberikan dan menggambarkan tangen pada kurva yang diperoleh dari / Slope ;dz5 4+ dt "Persamaan **.+.8-+#
**-C
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik Kimia FTI - ITS
$%$ && '&J%% *+'%% Pada point ini, tinggi ? + dan ? adalah intercept tangen pada kurva tersebut. $ecepatan pengendapan " sedimentation rate# 4+ 5 ?i ; ?+ t+ ; "Persamaan **.+.8-# $eterangan/ 4+ / $ecepatan pengendapan "cm1menit# ?i
/!inggi interface +"cm#
?+ / !inggi interface "cm# t+
/ Daktu pengendapan "menit#
(-cCa#e, 1993#. ltrasentrifugal adalah sentrifugal untuk pengukuran kuantitatif dari pengendapan tanpa hantaran panas dan vibrasi. !erdapat dua enis pengukuran sentrifugal yang berbeda yaitu / +. Pengukuran kecepatan sedimentasi suatu komponen dalam larutan " kecepatan sedimentasi # . Penentuan redistribusi dalam kesetimbangan "kesetimbangan sedimentasi# (-cCa#e, 1993# )arutan yang akan diukur dalam kecepatan ultrasentri/ugal dimasukkan ke dalam sel yang mempunyai endela kuarsa yang tebal. Sel ini berbentuk sektor dilihat dari arah pandangan E dari bidang rotasi dari rotor sentri/ugal karena pengendapan teradi secara radial. Pada saat komponen dengan massa molekul tinggi mengendap dari larutannya terbentuklah suatu batas yang bergerak yang memisahkan komponen tersebut dari pelarutnya. (idalam sel pergerakan dari batas ini dapat diikuti dengan system optik schlieren, sehingga ultrasentri/ugal dapat
digunakan untuk analisa campuran yang
kompleks dari plasma darah (-cCa#e, 1993#. Bila suatu larutan berada pada medan sentri/ugal , molekul zat terlarut akan bergerak menauhi sumbu rotasi bila kebalikan dari volume spesifik parsialnya v lebih besar dari rapat massa larutan 2. Bila teradi hal sebaliknya molekul zat terlarut akan bergerak menuu sumbu rotasi. Partikel yang lebih rapat dari pelarut tersedimentasi dalam medan gravitasi bumi hingga tercapai distribusi yang setimbang dimana konsentrasi
Laboratorium Tranportasi Fluida Program Studi D3 Teknik Kimia **-E FTI - ITS
$%$ && '&J%% *+'%% menurun sebagai fungsi dari ketinggian vertical. Sebaliknya untuk partikel yang kurang rapat distribusi yang setimbang menunukkan kenaikan konsentrasi menurun sebagai fungsi dari ketinggian vertikal(-cCa#e, 1993#. ltrasenti/ugal dapat digunakan untuk menghitung kesetimbangan sedimentasi molekul-molekul yang sebagian kecil tersedimentasi dalam medan gravitasi bumi. Berbeda dengan kecepatan sedimentasi, kesetimbangan ultrasentri/ugal merupakan pengukuran thermodinamika yang dapat menghasilkan nilai secara langsung. eskipun demikian, kesetimbangan sedimentasi lambat tercapai sehingga penentuan berat molekul dengan metode ini membutuhkan %aktu yang lama (-cCa#e, 1993#
II.1.* $e"anisme Sedimentasi
ntuk skala laboratorium sering digunakan proses Batch yang menggambarkan proses sedimentasi sederhana. Percobaan skala laboratorium dilakukan pada suhu ni/orm untuk menghindari gerakan fluida atau konveksi karena perbedaan densitasnya yang dihasilkan dari perbedaan suhu. $etika slurry yang dicairkan diendapkan oleh gravitasi menadi fluida yang lebihernih dan slurry dengan konsentrasi yang lebih tinggi, proses ini disebut sedimentasi atau terkadang disebut uga thickening . i secara batch dilakukan untuk menggambarkan mekanisme pengendapan dan metode penetuan kecepatanpengendapan.Pada a%al sedimentasi batch, konsentrasi padatan sepanang silinder "zona B# uniform. Segera setelah proses mulai, seluruh partikel suspensi solid . &atuh bebas melalui fluida pada kecepatan maksimumnya diba%ah kondisi hidered settling yang ada. Partikel-partikel padat atuh bebas pada kecepatan yang sama dan membentuk garis pembatas taam antara cair an ernih supernatant "zona 7# dan zona suspensi "zona B# serta slurry. (i dalam slurry yang mengandung partikel-partikel ukuran berbeda, partikel-partikel yang lebih besar akan mengendap lebih cepat dan mulai menumpuk, dimana zona ( dan zona transisi 9 yang mengandung padatan yang bervariasi antara konsentrasi zona B dan zona ( mulai nampak. Setelah pengendapan lebih auh atau pada kondisi kecepatan pengendapan kompresinya, zona B dan zona 9 tidak nampak tetapi hanya terdapat slurry pekat pada zona (.
? ' 0 7
7 B 9
**-+
(
7 B
i cm
! 9
cm
T!" Laboratorium Transportasi Fluida ! Program Studi D3 Teknik Kimia FTI - ITS
$%$ && '&J%% *+'%%
t "a#
"b#
"c#
"d#
Gambar II.1.* Sedimentasi Batch
a. )arutan suspensi yang seragam "konsentrasi tertentu# b. ?ona pengendapan setelah %aktu t c. $ecepatan kompresi zona ( d. !inggi interface versus %aktu pengendapan (Geankoplis, C.J, 1993) II.1.+ Penent&an "e)e%atan %engenda%an dan "e)e%atan "ritis
!inggi z diplot terhadap %aktu pengendapan pada gambar **.:. $ecepatan pengendapan dimana merupakan slope kurva, konstan pada mula-mula. $arena kecepatan pengendapan sludges berbeda-beda, kecepatan pengendapan secara eksperimen untuk setiap sludge dibutuhkan. $ynch dan !almag dan Fitch mendeskripsikan metode untuk menggambarkan ukuran ketebalan dari setiap tes pengendapan secara batch, sebagai berikut / $onsentrasi 9c adalah konsentrasi rata-rata dari suspensi ika zc adalah tinggi dari slurry. =al ini dihitung dengan /
9czi 5 9ozo atau 9c 5 "zo1zi# 9o "Persamaan **.+.<-+# $eterangan / 9c
/ $onsentrasi rata-rata dari suspense "g1l#
0 i
/ !inggi dari slurry "cm#
zo
/ !inggi slurry mula-mula "cm#
9o
/ $onsentrasi suspensi mula-mula "g1l#
(imana 9o adalah konsentrasi slurry mula-mula "kg1m 3# pada ketinggian z o dan t 5 . hal ini diulangi pada %aktu lainnya dan plot kecepatan pengendapan mela%an konsentrasi dibuat. (Geanoplis, 19")
Laboratorium Tranportasi Fluida Program Studi D3 Teknik Kimia **-++ FTI - ITS
$%$ && '&J%% *+'%% $ecepatan pengendapan dapat ditentukan dengan mengamati tinggi inter/ace "antarfase# sebagai fungsi %aktu yang diberikan dan menggambarkan tangen pada kurva yang diperoleh dari
Slope ;dz5 4+ dt "Persamaan **.+.8-+#
Pada point ini, tinggi ? + dan ? adalah intercept tangen pada kurva tersebut. $ecepatan pengendapan " sedimentation rate# 4+ 5 ?i ; ?+ t+ ; "Persamaan **.+.8-# $eterangan/ 4+ / $ecepatan pengendapan "cm1menit# ?i
/!inggi interface +"cm#
?+ / !inggi interface "cm# t+
/ Daktu pengendapan "menit#
(-cCa#e, 1993#.
II.1., $e"ani"a Gera"an Parti"el
erakan partikel melalui fluida memerlukan bekeranya suatu gaya luar pada partikel itu. aya ini disebabkan oleh perbedaan densitas antara partikel dan fluida, atau dapat pula diakibatkan oleh adanya medan listrik atau medan magnet. (alam sub bab ini kita hanya membahas gaya gravitasi dan gaya sentri/ugal saa, yang disebabkan oleh perbedaan densitas. !ipe ; tipe Sedimentasi / +.
!ipe sedimentasi +, yang digunakan untuk mengendapkan partikel bebas. ntuk mendesain tangki pengendapan yang sempurna didasarkan pada penghilangan semua partikel yang memiliki kecepatan pengendapan yang lebih besar dari pada kecepatan pengendapan yang telah ditentukan. (esain ini tidak diprngaruhi oleh kedalaman tangki pengendapan tetapi dipengaruhi kecepatan massa pertikel. !ipe sedimentasi ini digunakan untuk partikel dalam larutan suspensi yang memiliki konsentrasi padatan rendah. Partikel yang mengendap dengan sendirinya tanpa adanya interaksi partikel yang lainnya.
.
!ipe sedimentasi **, tipe ini lebih sering disebut dengan flokulasi karena pada kondisi diam atau tenang partikel suspensi dalam air akan secara alami membentuk kumpulan**-+
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik Kimia FTI - ITS
$%$ && '&J%% *+'%% kumpulan flok. (engan penambahan bahan kimia akan mempercepat proses flokulasi ini. Penambahan bahan kimia ini menyebabkan ukuran partikel dan kecepatan pengendapan semakan besar. 3.
!ipe sedimentasi ***, zona pengendapan. $etika komsentrasi padatan tinggi tekanan atau gaya antar partikel mengakibatkan partikel tersebut tidak dapat mengendap atau sulit mengndap karena teradi rintangan-rintangan dari partikel lain yang berada disekitarnya.
8.
!ipe sedimentasi *4, proses sedimentasi disini akan teradi hanya ika partikel yang memiliki konsentrasi yang sudah dibentuk ini ditekan. Penekanan ini berasal dari berat partikel yang secara konstan ditambahkan ke strukturnya melalui sedimentasi dari liquid ernih "supernatant#. II.1. Peran)angan T'i)"ener
9ontinuous thickener dirancang berdasarkan kecepatan pengendapan dari suatu partikel flo% rate, dan uga %aktu tinggal partikel tersebut dalam continuous thickener. Daktu tinggal partikel dalam continuous thickener "t# berbanding lurus dengan ketinggian "=# dan berbanding terbalik dengan kecepatan pengendapannya "v o#. t 2 vo $eterangan / t
/ Daktu "menit#
=
/ $etinggian "cm#
4
/ $ecepatanmula-mula "cm1menit# Daktu tinggal partikel dalam continuous thickener uga berbanding lurus dengan luas
penampang "7# dan ketinggian "=# serta berbanding terbalik dengan flo% rate "G#.
t 2 % 4 5
$eterangan / t
/ Daktu "menit#
7
/ )uas penampang "cm#
=
/ $etinggian "cm#
Laboratorium Tranportasi Fluida Program Studi D3 Teknik Kimia **-+3 FTI - ITS
$%$ && '&J%% *+'%% G
/ Flo6 rate "cm31menit#
$arena 7 6 = adalah volume continuous thickener maka %aktu tinggal uga sebanding dengan volume dan berbanding terbalik dengan flo% ratenya. t 2 5 $eterangan / t
/ Daktu "menit#
4
/ $ecepatan "cm1menit#
G
/ Flo6 rate "cm31menit#
II.1..1 ontino&s T'in"ener
Sedimentasi merupakan pemisahan suatu larutan slurry dengan gravitasi settling menadi fluida yang ernih dan slurry dengan kadar konsentrasi padatran yang lebih tinggi. (alam industri operasi sedimentasi sering digunakan peralatan yang disebut thickener . ntuk mncapai hasil yang baik, maka rate sedimentasi harus setinggi mungkin. Hate sedimentasi dapat dinaikkan dengan menambahkan larutan elektrolit atau sur/ace agent .
II.1..2 Persamaan Gera"an Sat& Dimensi Parti"el $elal&i !l&ida
Partikel yang massanya m yang bergerak didalam fluida diba%ah pengaruh gaya luar Fe. umpamakan kecepatan partikel itu relatif terhadap fluida ialah u. aya apung yang bekera pada partikel itu kita umpamakan F b, sedangkan gaya seret ialah F(. aya resultan yang bekera pada partikel itu ialah F e ; F b 5 F(, dan percepatan partikel itu ialah du1dt, dan dari persamaan ini, karena m konstan, 5 Fe ; F b 5 F( $eterangan / m
/ assa "gram#
du1dt / Percepatan Partikel "m1dt# Fe
/ aya )uar "0#
F b
/ aya 7pung "0#
F(
/ aya Seret "0#
**-+8
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik Kimia FTI - ITS
$%$ && '&J%% *+'%% aya luar dapat dinyatakan sebagai hasil kali anata massa dan percepatan ae partikel karena gaya ini. Fe 5 m . ae gc $eterangan / Fe
/ aya )uar "0#
m
/ assa "gram#
ae
/ Percepatan "m1dt# aya apung, sesuai dengan asas %rchimedes, ialah hasil kali antara massa fluida
partikel dan percepatan karena gaya luar. 4olume partikel itu ialah m12 p, dimana 2 p ialah densitas partikel.Humus aya apung adalah / F b 5 m 2ae 2 p gc $eterangan / F b
/ aya 7pung "0#
m
/ assa "gram#
ae
/ Percepatan "m1dt#
2 p
/ (ensitas Partikel "g1cm3#
Humus gaya seret ialah / F( 5 9( I 2 7 p gc $eterangan / 9(
/ koefisien seret "tanpa dimensi#
7 p
/ luas proyeksi partikel diukur pada bidang tegak lurus terhadap arah gerakan
partikel "cm# I
/ viskositas "g1m.dt# Bila partikel itu berada pada arak yang cukup auh dari dinding beana dan dari
partikel-partikel lain, sehingga proses atuhnya tidak terpengaruh oleh dinding atau partikel lain, paka proses itu dinamakan pengendapan bebas " /ree settling #. &ika gerakan partikel itu terganggu oleh partikel lain, yang dapat teradi bila partikel itu berdekatan dengan partikel lain, %alaupun mungkin tidak berbenturan, proses itu disebut pengendapan tergannggu
Laboratorium Tranportasi Fluida Program Studi D3 Teknik Kimia **-+: FTI - ITS
$%$ && '&J%% *+'%% "hindered settling #. $oefisien seret dalam pengendapan terganggu lebih besar daripada pengendapan bebas. &ika partikel-partikel itu sangat kecil, akan ada gerakan bro%n. =al ini dikarenakan adanya benturan antara partikel itu dengan molekul-molekul fluida di sekelilingnya. Jfek ini menadi cukup berarti pada ukuran partikel ; 3 Im, dan menadi paling penting bila ukuran partikel ,+ Im, atau lebih kecil lagi. erakan partikel tersebut cenderung menekan efek gaya gravitasi, sehingga menghalangi teradinya pengendapan. Jfek relatif gerakan bro%n ini dapat diatasi dengan menerapkan gaya sentrifugal. (J.Geankoplis, 19") oe/isien drag untuk partikel liquid "dalam free settling# merupakan fungsi dari bilangan eynold "( p. v. 2#1I. ntuk daerah laminer sering disebut hukum +tokes. ntuk aliran laminer maka besarnya koefisien drag / 9( 5 8 4 ( p 4 5 8 g "2 p - 2#( p 3,8 4 2 1 4s( 4 5 8 g "2 p - 2#( p 3,8 4 2 4 5 g "2 p - 2#( p 4s +C I $eterangan / du1dt / Percepatan Partikel "m1dt# m 2
/ 4iskositas "g1m.dt# / (ensitas Partikel "g1cm3#
4
/ $ecepatan Pengendapan "cm1menit#
m
/ assa "gram#
9(
/ koefisien seret, tanpa dimensi
2 p
/ (ensitas Partikel "g1cm3#
Partikel yang atuh akan mengalami gerakan dipercepat dan akhirnya mengalami gerakan dengan kecepatan konstan.(J.Geankoplis, 19") (alam suatu proses industri, sedimentasi dilakukan pada skala besar pada peralatan yang disebut thickener. !hickener merupakan suatu tangki silinder yang dilengkapi dengan **-+<
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik Kimia FTI - ITS
$%$ && '&J%% *+'%% tempat bagi masuknya /eed dan keluarnya produk, selain itu uga dilengkapi dengan pengaduk radial yang digerakkan dengan lambat dari suatu proses sentral. !angki tersebut dipenuhi dengan slurry, dan setelah %aktu tertentu, cairan bening akan dapat dikeluarkan "sebagai produk# dan sludge akan dikeluarkan dari dasar tangki. ntuk mencapai hasil yang baik maka rate sedimentasi haruslah setinggi mungkin, menaikkannya dapat dengan menambahkan larutan elektrolit yang berfungsi sebagai koagulan. !erdapat tiga daerah utama dalam continuous thickener, yaitu / a.
(aerah /ree settling , dimana liquid ernih keluar sebagai overflo%.
b.
(aerah transisi, dimana merupakan daerah suspensi yang mulai menadi ernih tapi masih terdapat sludge.
c.
(aerah pemekatan, dimana sludge dipisahkan sebagai underflo% )uas penampang thickener harus cukup untuk menyediakan kapasitas suspensi settling pada semua tingkatan konsentrasi partikel. )uas ini dapat dihitung dari konsentrasi yang berbeda dan hubungan dengan lau pengendapan, dan daerah minimum pengendapan pada thickener . Pada dasarnya alat ini hanyalah sebuah tangki dengan rake "pengaduk# yang bergerak lambat secara radial yang diatur oleh as. (asarnya dapat berbentuk datar atau kerucut yang dangkal. Feed masuk ditengah-tengah thickener . +lurry yang lebihpadat dari air cenderung bergerak turun keba%aah sampai mencapai zona dengan densitas yang sama, kemudian bergerak secara radial keluar dengan kecepatan menurun dan aliran terbagi antara suspensi bergerak ke ba%ah dan aliran ke arah atas yang hampir tak mengandung partikel lagi. )iquida ernih tertumpah keluar dimana tertampung di launder . Pengaduk secara perlahan mengaduk sludge dan menggerakkannya ke tengah tangki, kemudian mengalirkannya keluar melalui lubang dan dihisap oleh pompa sludge. (J.Geankoplis, 19")
II.1./ Sedimentasi Dalam D&nia Ind&stri
K
*ndustri kimia +.
penghilang endapan, hasil buangan padatan tersuspensi dalam tangki pengendapan.
.
penghilangan tanah dan heavy silt dari air tangki penampungan endapan.
Laboratorium Tranportasi Fluida Program Studi D3 Teknik Kimia **-+@ FTI - ITS
$%$ && '&J%% *+'%% 3. Penghilangan substansi yang tidak dapat mengendap dari air hasil buangan industri dengan cara koagulasi dan presipitasi terlebih dahulu. K
*ndustri pengolahan hasil buangan yang berupa limbah domestic dan industri. +. !angki pengendapan yang berisi banyak kotoran padatan suspensi atau impurities dari muatan diadikan menadi bentuk suspensi dengan cara menghilangkan effluent dari airnya atau melakukan pengolahan terlebih ddahulu. . rid chamber digunakan untuk memissahkan heavy mineral atau padatan inert dari cairan yang mengalir dengan cara sedimentasi differensial. +. !angki pengendap yang berisi substansi atau partikel suspensi diadikan padatan yang mudah mengendap dengan proses pengolahan secara fisika, kimia dan biolog. Penambahan bahan untuk koagulasi "koagulan# dan bahan pengendapan kedalam limbah atau hasil buangan industri akan dapat meningkatkan effisiensi atau mempercepat proses sedimentasi.
**-+C
Laboratorium Transportasi Fluida Program Studi D3 Teknik Kimia FTI - ITS
