BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Teknik tertua yang dikenal pada pemurnian air adalah proses
Klarifikasi. Proses ini digunakan untuk mengolah air permukaan terutama
untuk menghilangkan padatan tersuspensi kasar maupun halus termasuk
partikel koloid.
Proses klarifikasi mencakup proses-proses koagulasi, flokulasi dan
sedimentasi. Proses koagulasi merupakan suatu penambahan beban kimia atau
koagulan tertentu ke dalam air yang disertai dengan pengadukan cepat
sehingga terbentuk flok partikel koloid yang sangat halus. Flok – flok
halus tersebut selanjutnya mengalami proses flokulasi. Dalam proses ini,
flok-flok halus akan membentuk flok yang lebih besar. Proses pemisahan
flok – flok itu dapat dilakukan dengan cara sedimentasi.
Sedimentasi (pengendapan) merupakan salah satu cara pemisahan
padatan yang tersuspensi dalam suatu cairan dimana akan terjadi peristiwa
turunnya partikel – partikel padat yang semula tersebar atau tersuspensi
dalam cairan karena adanya gaya berat atau gaya gravitasi, tetapi selama
proses sedimentasi ini berlangsung, terdapat tiga gaya yang berpengaruh :
a. Gaya Gravitasi
b. Gaya Apung
c. Gaya dorong
(Warren. L. Mc cabe. 1993).
Banyak metode separasi mekanik yang didasarkan atas gerakan
partikel zat padat atau tetesan zat cair melalui fluida itu mungkin gas
atau zat cair dan mungkin berada pada keadaan mengalir atau keadaan diam.
Dalam beberapa situasi, tujuan dari pada proses itu adalah untuk
mengeluarkan partikel dari arus fluida dan untuk mengeluarkan pengotor
yang terdapat didalam fluida atau untuk memulihkan partikel sebagaimana
dalam pembersihan udara atau gas buang terhadap debu dan uap racun atau
untuk membuang zat padat dari air limbah. Dalam soal-soal lain, partikiel
itu sengaja disuspensikan di dalam fluida supaya dapat dipisahkan menjadi
fraksi – fraksi yang berbeda ukuran atau densitasnya.
Operasi sedimentasi ini banyak digunakan pada proses pemisahan
kimia, metalurgi, maupun pada proses – proses pengurangan polusi dari
air limbah industri. Rancangan peralatan untuk sedimentasi selalu
didasarkan pada percobaan sedimentasi pada skala yang lebih kecil.
Pada percobaan ini bubur di endapkan laju pengendapannya diukur
dengan cara mengamati perubahan konsentrasi pada padatan maupun cairan
bening dari atas kebawah yang mana akan terjadi endapan. Dalam percobaan
sedimentasi ini akan dibahas juga pembagian zona antara lain zona jernih,
zona encer, zona pekat.
Dalam industri yang digunakan adalah air jernihnya untuk air
proses maupun air produksi biasanya untuk mempercepat pengendapan
ditambahkan juga koagulan, prosesnya yaitu mengikat butiran butiran kapur
menjadi flok – flok sehingga akan lebih cepat jatuh karena semakin besar
flok akan semakin besar juga gaya gravitasi yang berpengaruh pada proses
pengendapan tersebut.
Suatu partikel yang mengendap dalam air karena adanya gaya gravitasi akan
mengalami percepatan sampai gaya dari tahanan dapat mengimbangi gaya
gravitasi. Laju pengendapan lumpur berbeda-beda satu sama lainnya,
demikian pula tinggi relatif berbagai zona pengendapannya
2 Tujuan Percobaan
Mempelajari cara pemisahan padatan dari suatu suspensi dengan
pengukuran pengendapan dengan buffle dan mengukur laju pengendapan.
2. Batasan Masalah
Pada percobaan sedimentasi ini merupakan proses pemisahan padatan dari
suspensi dengan cara mengukur kedalaman lembah dan ketinggian bukit.
Adapun pengamatan ini dilakukan sebanyak 9 kali dengan laju alir yang
berbeda-beda, mulai dari 10,30 dan 50.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian sedimentasi
Proses klarifikasi mencakup proses-proses koagulasi, flokulasi dan
sedimentasi. Proses koagulasi merupakan suatu penambahan beban kimia atau
koagulan tertentu kedalam air yang disertai dengan pengadukan cepat
sehingga terbentuk flok partikel koloid yang sangat halus.
Sedimentasi merupakan peristiwa turunnya partikel-partikel padat
yang semula tersebar merata dalam cairan karena adanya gaya berat,
setelah terjadi pengendapan cairan jernih dapat dipisahkan dari zat
padat yang menumpuk di dasar atau biasa disebut dengan pengendapan.
Selama proses ini berlangsung, terdapat tiga gaya yang berpengaruh :
a. Gaya Gravitasi
Gaya ini bisa dilihat pada saat terjadi endapan atau mulai turunnya
pertikel padatan menuju kedasar tabung untuk membentuk endapan. Hal
ini terjadi karena massa jenis partikel padatan lebih besar dari massa
jenis fluida. Atau dengan kata lain bahwa, pada gaya ini berat jenis
larutan lebih kecil dari berat jenis partikel, sehingga partikel lebih
cepat mengendap. Pada kondisi ini, sangat dipengaruhi oleh Hukum
Newton II, yaitu :
Fg = m . g ………………………………………………(2.1.1)
b. Gaya Dorong
Gaya dorong terjadi pada saat larutan dipompakan ke dalam tabung
klarifier. Larutan ini akan terdorong pada ketinggian tertentu. Gaya
dorong dapat juga kita lihat pada saat mulai turunnya partikel padatan
karena adanya gaya Gravitsi, maka fluida akan memberikan gaya yang
besarnya sama dengan berat padatan itu sendiri. Gaya inilah yang
disebut gaya dorong dan juga gaya yang memiliki arah yang berlawanan
dengan gaya gravitasi.
Ap.V2. Cd. ( ……..………………..……………………..(2.1.2)
c. Gaya Apung
Gaya apung terjadi jika massa jenis partikel lebih kecil dari massa
jenis fluida. Sehingga partikel padatan berada pada permukaan cairan.
Maka pengaruh gaya ini dapat dirumuskan sebagai berikut :
Fa = Fa = ……...………………………………………(2.1.3)
2.2 Laju Pengendapan
Suatu partikel yang mengendap dalam air karena adanya gaya
gravitasi akan mengalami percepatan sampai gaya dari tahanan dapat
mengimbangi gaya gravitasi. setelah terjadi kesetimbangan partikel akan
terus mengendap pada kecepatan kostan yang dikenal sebagai kecepatan
akhir atau kecepatan pengendapan bebas.
Laju pengendapan partikel padat dalam zat cair dapat dibagi
beberapa factor antara lain :
a. Berat jenis dan partikel
b. Bentuk dan ukuran partikel
c. Viskositas air
d. Aliran dalam bak pengendap
Contoh grafik tinggi lumpur (Batas antara zona A dan zona B) V/s
waktu ditunjukan pada gambar 1.1 dan selama tahap awal pengendapan
kecepatannya tetap sebagai mana terlihat pada bagian pertama kurva itu
setelah zat padatnya mengumpul pada zona D laju pengendapan itu berkurang
dan berangsur-angsur turun hingga mencapai tinggi akhirnya. Titik
kritisnya dicapai pada titik C dalam gambar 1.1
Laju pengendapan lumpur berbeda-beda satu sama lainnya, demikian
pula tinggi relatif berbagai zona pengendapannya. Untuk menentukan
karakteristik pengendapannya secara teliti, setiap lumpur itu harus
diperiksa dengan melakukan eksperimen terhadap masing-masingnya (Mc Cabe,
WL. 1990)
Zo
Laju tetap
Z Zu
C tinggi patah
Waktu.t
gambar 2.1 Laju Sedimentasi
Laju pengendapan partikel dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor,
yaitu :
1. Berat jenis air
2. Berat jenis partikel padatan
3. Viskositas air
4. Aliran dalam bak pengendapan
5. Bentuk dan ukuran partikel
Berat jenis fluida lebih besar dari pada berat jenis partikel
padatannya, maka laju pengendapannya lamban. Begitu juga sebaliknya,
semakin besar berat jenis partikel maka laju pengendapannya cepat.
Laju pengendapan sangat dipengaruhi oleh viskositas dimana
viskositas sangat berkaitan erat dengan suhu yang ada. Bila temperatur
tinggi maka viskositas menurun sehingga bentuk dan ukuran partikel
semakin kecil sehingga laju pengendapan cepat.
Aliran dalam bak pengendapan akan mempengaruhi laju endapan. Pada
aliran laminer laju pengendapan cepat sedangkan pada aliran turbulen laju
pengendapan akan sangat terganggu maka akan sangat lambat mengendap.
Laju pengendapan partikel – partikel dalam air tergantung pada
jenis bentuk dan ukuran dari partikel tersebut dan viskositas cairan yang
digunakan. Adanya pengendapan zat uji kemungkinan besar mempengaruhi laju
pengendapan sehingga dapat ditentukan lajunya dan mengetahui pangaruh zat
uji tersebut. Dimana dilakukan pengambilan sampel tiap selang waktu
tertentu dan menimbang berat endapan serta menghitung beberapa
konsentrasi endapan yang terjadi sehingga kita dapat membandingkan
kecepatan laju pengendapan dari tiap gerakan partikel pada fluida dalam
proses. Partikel yang mempunyai ukuran yang besar dan kasar akan sangat
mudah mengendap dari pada partikel halus, untuk padatan yang halus
diusahakan menggumpal menjadi partikel yang lebih besar agar cepat
mengendap.
(F, Parikesit, Ir. 1985)
Padatan yang tersuspensi dalam air dapat dibedakan menjadi dua
golongan yaitu:
1. Padatan kasar
Adalah padatan yang dapat dipisahkan dengan cara pengendapan yang
sederhana dalam waktu yang singkat dimana pada padatan kasar mudah
terjadi pengendapannya besar. Pengendapan padatan kasar terjadinya
sangat mudah, hal itu terjadi karena pengendapannya lebih besar. Bila
terjadi gerakan relatif dengan suatu pertikel yang disekitarnya
dikelilingi oleh air tersebut. Maka air akan memberikan tahanan gesek
(Drag) kepada partikel itu sebesar :
Fd = Cd . Ap ……………………………………………(4)
2. Padatan halus
Adalah padatan yang tidak dapat dipisahkan dengan cara pengandapan
yang sederhana didalam waktu yang relatif singkat atau tidak mempunyai
peralatan pengendap yang dapat beroperasi secara komersial mekanisme
penggerak (rake) yang dipasang pada dasar tangki pengendap agar dapat
mempermudah pengumpulan suspensi pekat dari dasar tangki.
Berdasarkan tujuan dari bahan yang ingin didapatkan maka
sedimentasi ini dapat digolongkan jadi dua macam yaitu :
a. Penjernihan
Klarifier adalah pengendapan partikel padat yang jumlahnya relatif
sedikit (1-5%) dengan suatu tujuan untuk memperoleh cairan yang
jernih, proses klarifier mencakup proses flokulasi dan koagulasi.
Proses koagulasi merupakan suatu proses dimana penambahan zat kimia
atau koagulan tertentu kedalam air yang diolah dan disertai pengadukan
cepat sehingga terbentuk flok suatu partikel yang halus selanjutnya
mengalami proses flokulasi yaitu penggabungan flok-flok membentuk flok
yang lebih besar .
b. Pemekatan (Thickener)
Thickener adalah peningkatan konsentrasi atau konsentrasi zat padat
dari campuran yang memiliki zat padat yang relatif banyak (15 - 30 %)
dan biasanya hasil padatnya yang diperlukan. Didalam sedimentasi perlu
dibedakan antara:
a) Discrate pertikel adalah partikel yang memiliki ukuran bentuk
dan spesifik
Gravitasi tetap (tidak berubah dengan waktu) selama proses
pemisahan berlangsung.
b) Flocullant partikel adalah partikel yang memiliki sifat
permukaan yang dapat membesar atau bergabung dengan partikel-
partikel lain ketika akan bersinggungan sehingga ukuran
bentuk mungkin akan berubah.
2.3 Pemisahan atas dasar gerakan partikel melalui fluida
Banyak metode separasi mekanik yang didasarkan atas gerakan
partikel zat padat atau tetesan zat cair melalui fluida itu mungkin gas
atau zat cair dan mungkin berada pada keadaan mengalir atau keadaan
diam. Dalam beberapa situasi, tujuan dari pada proses itu adalah untuk
mengeluarkan partikel dari arus fluida dan untuk mengeluarkan pengotor
yang terdapat didalam fluida atau untuk memulihkan partikel sebagaimana
dalam pembersihan udara atau gas buang terhadap debu dan uap racun atau
untuk membuang zat padat dari air limbah. Dalam soal-soal lain,
partikel itu sengaja disuspensikan di dalam fluida supaya dapat
dipisahkan menjadi fraksi – fraksi yang berbeda ukuran atau
densitasnya. Fluida itu lalu dipulihkan, kadang – kadang untuk
digunakan kembali, dari partikel yang telah di fraksionasi.
Jelaslah bahwa tiap partikel itu mulai dari keadaan diam terhadap
fluida tempat partikel itu terendam, lalu bergerak melaui fluida itu
karena adanya gaya–gaya luar, gerakan itu dapat dibagi menjadi dua
tahap. Tahap pertama merupakan satu periode singkat dimana berlangsung
percepatan, yaitu selama waktu kecepatan itu meningkat dari nol sampai
kecepatan terminal. Tahap kedua ialah periode dimana partikel itu
berada dalam kecepatan terminalnya.
2.4 Proses pengendapan gravitasi
Partikel – partikel yang lebih berat dari fluida tempat patikel itu
tersuspensi dapat dikeluarkan didalam kotak pengendapan atau tangki
pengendap (Settling Tank) dimana kecepatan fluida itu cukup kecil dan
partikel itu mendapat waktu yang cukup untuk mengendap keluar dari
suspensi itu akan tetapi, peranti sederhana seperti itu terbatas
kegunaannya karena pemisahanya tidak lengkap disamping memerlukan
tenaga kerja untuk mengeluarkan zat padat yang mengendap dari dasar
tangki.
Separator – separator industri hampir semua mempunyai fasilitas
untuk mengeluarkan zat padat yang mengendap pemisahan itu bisa pula
hampir lengkap. Peralatan pengendap yang dapat memisahkan hampir
seluruh partikel dari zat cair dinamakan klarifikator (Clarifier)
sedang peranti yang memisahkan zat padat menjadi dua fraksi disebut
klasifikator (Clasifier). Pada kedua alat itu berlaku prinsip
sedimentasi yang sama.
2.5 Klasifikator gravitasi
Kebanyakan klasifikator yang digunakan dalam pengolahan kimia
memisahkan zat padat atas dasar ukuran partikel dimana densitas
partikel halus dan partikel besar itu sama.
Klasifikator mekanik banyak digunakan dalam penggilingan rangkaian
tertutup, lebih – lebih dalam operasi metalurgi di sini, partikel yang
relatife kasar disebut pasir (Sand), sedang bubur partikel halus
disebut lanyau (smile). Waktu diatur sedemikian sehingga pasir
mengendap ke dasar peranti sedangkan laju terbawa oleh zat cair keluar.
2.6 Flokulasi
Flokulasi adalah proses penggabungan muatan positif dan negatif
sehingga membentuk muatan yang lebih besar dengan tujuan menetralisir
muatan yang ada pada partikel itu. Banyak yang terdiri dari partikel
yang mempunyai muatan listrik karena adanya gaya saling tolak antara
muatan yang sama, cenderung selalu terdispersi. Jika kita tambahkan
elektrolit, maka ion yang terbentuk di dalam larutan itu akan
menetralisir muatan partikel tadi. Partikel itu lalu dapat
dialogmerasikan menjadi flok – flok yang masing-masingnya terdiri dari
banyak pertikel. Bila partikel semula bermuatan negatif, kation
elektrolit itulah yang efektif dan bila muatanya negatif, maka anion
yang aktif. Metode lain untuk flokulasi mencakup penggunaan bahan
aktif permukaan dan penambahan bahan, seperti perekat gamping, alumina
atau natrium sillikat, yang menyeret partikel itu turun bersamanya.
(McCabe jilid 2 1983)
Partikel yang terflokulasi mempunyai dua karakteristik
pengendapan yang penting. Karakteristik pertama adalah bahwa struktur
flok itu sangat rumit. Agregasinya longgar dan ikatan antara
partikelnya lemah, dan flok itu mengandung air yang cukup banyak di
dalam strukturnya, maka akan ikut bersama flok itu turun ke bawah,
walaupun pada mulanya flok itu mengendap dalam pengendapan bebas atau
terganggu, dan persamaan umum pada prinsipnya berlaku namun tidaklah
praktis bila kita menggunakan hukum-hukum pengendapan secara
kuantitatif karena diameter dan bentuk flok itu tidak mudah
didefinisikan. Karakteristik kedua dari pada pulp yang terflokulasi
ialah peliknya mekanisme pengendapannya. Secara umum riwayat
pengendapan suspensi yang terflokulasi adalah sebagai berikut :
A
A
B B
C
C
D
D
(A) (B) (C)
(D) (E)
Gambar 2.2 Sedimentasi tumpak
Keterangan Gambar
a. Gambar (A) menunjukan suspensi yang terdistribusi secara seragam
didalam zat cair dalam keadaan siap untuk mengendap.
b. Gambar (B) jika tidak terdapat pasir dalam campuran itu, zat padat
pertama yang menampakan diri ialah endapan pada dasar bejana
pengendap, yang terdiri dari flok yang berasal dari bagian bawah
campuran zat padat yang berupa flok tergeletak longgar diatas satu
sama lain, membentuk suatu lapisan, yang kita namakan zona D diatas
zona D itu terbentuk lagi lapisan lain yaitu zona C, yang merupakan
lapisan transisi, dimana kandungan zat padatnya bervariasi dari
yang seperti pada pulp asal sampai seperti di dalam zona D. Diatas
zona C terdapat zona B, yang terdiri dari suspensi homogen yang
konsentrasinya sama dengan pulp asal. Diatas zona B terdapat lagi
zona A yang jika partikel itu telah terflokulasi penuh, merupakan
zat cair jernih.
c. Gambar (C) dalam pulp yang terflokulasi dengan baik batas antar
zona A dan zona B itu tajam. Jika terdapat pertikel yang
teragmolerasi, zona A itu keruh dan batas antara zona A dan B kabur
. dengan adanya pengendapan, kedalam zona D dan A bertambah, dan
tebal zona C tetap, zona B berkurang.
d. Gambar (D) setelah pengendapan selanjutnya, zona B dan C hilang,
dan seluruh zat padat itu akan terdapat pada zona D.
e. Gambar (E) Sesudah itu efek lain, yang disebut pemampatan
(compresion) berlangsung saat dimana pemampatan itu bermula disebut
titik kritis atau critical point. Pada pemampatan sebagaian dari
zat cair yang tadinya ikut bersama flok kedalam zona kompressi D
akan terperas keluar dimana bobot endapan itu menggambarkan
struktur flok. Selama pemampatan itu berlangsung, sebagian dari zat
cair di dalam flok itu menyembur keluar seperti geiser – geiser
kecil, dan ketebalan zona itu berkurang. Dan akhirnya, bila bobot
zat padat itu telah mencapai keseimbangan mekanik dengan kekuatan
tekan flok proses pengendapan itu akan berhenti pada saat itu,
lumpur sudah mencapai tinggi akhirnya.
(Mc Cabe, Warren L. 1990)
2.7 Zona sedimentasi di dalam kolom pengendapan kontinyu
Sedimentasi merupakan salah satu cara yang paling di ekonomis unuk
memisahkan padatan dari suspensi bubur atau slurry. Operasi ini banyak
digunakan pada prosese-proses untuk mengurangi polusi dari limbah
industri. Suspensi sendiri dibedakan atas dua bagian yaitu:
a. Suspensi cair adalah suspensi dan konsentrasi dari partikel yang
tidak cukup untuk membentuk batas yang jelas terhadap air saat
pengaturan berlangsung.
b. Concentratif suspensi adalah suspensi dengan suatu konsentrasi batas
yang sangat besar sehingga terbentuk batas yang jelas saat
pengaturan berlangsung.
Dalam kolom pengendap (penebal) kontinyu yang diperlengkapi dengan
penggaruk untuk mengeluarkan limpahan bawah pulp umpan dimasukan pada
garis pusat alat, pada kedalaman kira-kira 1 inch dibawah permukaan zat
cair sebagaimana terlihat gambar 2.2 diatas ketinggian peggumpalan itu
terdapat zona klarifikasi yang hampir tidak mengandung zat padat sama
sekali, disini kebanyakan zat cair yang masuk bersama umpan mengalir
keatas sehingga dapat dikeluarkan ke selokan limpahan.
Daerah dibawah ketinggian pengumpanan disebut zona pengendapan
dimana masing-masing flok berada dalam sentuhan longgar satu sama lain,
dan semua partikel turun kebawah dengan kecepatan yang sama tanpa
tergantung pada ukuran partikel. Didekat dasar terdapat zona kompresi
dimana konsentrasi zat padat meningkat dengan cepat sampai nilainya
sama dengan nilai pada limpahan bawah. Zona ini setara dengan zona D
pengendap tumpak, walaupun tentu pada pengendap kontinyu ketebalanya
tidak berubah dengan waktu. Dan penggaruk yang berkerja pada dasar zona
kompresi ini cenderung memecah struktur flok dan memampatkan limpahan
bawah itu sehingga kandungan zat padatnya lebih besar dari pada zona D
pada pengendap tumpak
Puncak zat cair
Tingkat umpan klarifikasi
Zona pengendapan
Kompresi
cp
cu Konsentrasi C
Gambar 2.3 Hubungan konsentrasi dengan tinggi puncak zat cair
pembagian zona-zona pengendapan pada alat pengendap dapat dilihat
pada gambar 4. dalam percobaan sedimentasi yang akan kita pelajari ada
3 zona yang terjadi, yaitu :
a. Zona A, merupakan cairan jernih atau zona bening yang dimana
pengendapan berlangsung sesuai dengan prinsip yang telah di
jelaskan, karena efek penyaring oleh partikel yang lebih besar,
makin tinggi konsentrasi bubur maka makin jernih produk cairan pada
lapisan atas. Pengendapan pada zona ini merupakan bagian yang
paling penting karena diharapkan adalah cairan jernihnya bukan
suspensi pekatnya.
b. Zona B, zona ini sering disebut sebagai zona pengendapan bebas
(Free setling) atau zona encer. Hal ini dikarenakan pada zona ini
belum terjadi gaya dorong tetapi yang sangat tampak adalah gaya
gravitasinya dan padatan turun, dimana partikel yang lebih besar
menyaring partikel yang lebih kecil, konsentrasi padatan ini lebih
tinggi dibandingkan pada konsentrasi bubur atau slurry yang asli.
c. Zona C, merupakan cairan yang pekat dan tercapai pada saat
saluran kapiler yang terisi oleh cairan terdesak oleh slurry atau
lumpur. pada kondisi ini saluran yang tersedia telah terisi penuh
dengan suspensi yang sangat ketat. Laju pengendapan pada zona ini
sangat lambat sehingga tidak banyak untuk di perhitungkan pada
perancangan peralatan.
Zona bening
Zona encer
Zona pekat
Gambar 2. 4 Zona sedimentasi
2.8 Jenis Suspensi Dalam Sedimentasi
Sedimentasi merupakan salah satu cara yang paling ekonomis untuk
memisahkan yang padatan dari suspensi bubur atau slurry. Operasi ini
banyak digunakan pada proses-proses untuk mengurangai polusi dari limbah
industri. Suspensi sendiri dibedakan atas dua bagian yaitu :
a. Suspensi cair adalah suspensi dan konsentrasi dari partikel yang tidak
cukup untuk membentuk batas yang jelas terhadap air saat pengaturan
berlangsung.
b. Concentratif suspensi adalah suspensi dengan suatu konsentrasi batas
yang jelas sangat besar sehingga terbentuk batas yang jelas saat
pengaturan berlangsung.
Perbedaan kedua suspensi diatas mengakibatkan pola setting berbeda
dan membutuhkan dan rancangan peralatan sedimentasi selalu didasarkan
pada percobaan sedimentasi pada skala yang lebih kecil.
(F, Parikesit, Ir. 1985)
2.9 Hukum – Hukum Yang Mempengaruhi Sedimentasi
a. Hukum Newton I
Suatu benda akan tetap bergerak dalam kecepatan tetap atau diam
bila jumlah gaya yang berkerja pada benda sama dengan nol.
F = 0…………………………………………………..………..(2.9.1)
b. Hukum Newton II
Gaya yang berkerja pada suatu benda akan berbanding lurus dengan
massa benda dan sebanding dengan percepatan pada benda .
F = m. a……………………………………………...………...(2.9.2)
c. Hukum Newton III
Suatu gaya sebetulnya adalah hasil interaksi dari dua benda tapi
arahnya berlawanan.
Faksi = Freaksi……………………………………...…………..(2.9.3)
d. Hukum Archimedes Suatu
benda dalam suatu fluida mendapatkan gaya apung yang besarnya sama
dengan berat fluida yang dapat dipindahkan oleh benda tersebut.
e. Hukum Stokes
Suatu benda dengan jari–jari r dijatuhkan dalam suatu fluida yang
mempunyai kekentalan maka gaya yang berkerja pada benda tersebut
adalah beratnya sendiri.
Partikel di dalam suatu fluida tertentu mengendap di bawah
pengaruh gaya gravitasi pada laju maksimum tertentu. Untuk meningkat
laju dari suatu pendapan tertentu, maka gaya gravitasi yang berkerja
pada suatu partikel itu dapat digantikan dengan gaya sentrifugal yang
lebih kuat.
Gaya sentrifugal juga bermanfaat untuk pemisahan secara
pengendapan dan penyaringan. Kedua cara tersebut bila menggunakan gaya
sentrifugal sebagai gaya pendorong disebut sentrifugal dan
peralatannya disebut sentrifugasi.
Dalam hal ini penjernihan dilakukan untuk dapat memisahkan
suspensi yang mengandung bahan padat yang lebih berat dengan kecepatan
pengendapan yang lebih baik atau bahan padat yang lebih ringan dengan
kecepatan pengapungan yang baik.
Dalam proses ini, kecepatan pemisahan oleh gaya berat adalah
tinggi jika terdapat perbedaan yang besar antara kerapatan cairan dan
kerapatan bahan padat. Selanjutnya kecepatan pemisahan akan dapat
dipengaruhi oleh perbandingan luas permukaan terhadap massa oleh
bentuk padatan dan volume viskositas cairan tersebut. (Brown G.G
weilley and sons."Unit Operation".1991)
Rumus yang digunakan dalam perhitungan sedimentasi
1. Konsentrasi larutan (N)
N...............................................................
........(2.9.4)
2. Konsentrasi awal suspensi (gr/ml)
Berat CaCO3
Vtotal
...............................................................(2.9.5)
3. Kecepatan sedimentasi (VL)
VL =
..........................................................................(2
.9.6)
4. Konsentrasi suspensi (CL)
CL =
..................................................................(2.9.7)
2.10 Laju Pengendapan Pada Sedimentasi
Laju pengendapan partikel –partikel dalam air tergantung pada
berat jenis, bentuk dan ukuran atau dari partikel tersebut dan
viskositas cairan yang digunakan. Adanya penambahan zat uji kemungkinan
besar mempengaruhi laju pengandapan sehingga dapat ditentukan zat uji
yang dapat mempercepat laju dari pengendapan sehingga dapat ditentukan
lajunya dan mengetahui pengaruh zat uji tersebut. Dimana dilakukan
pegambilan sample tiap selang waktu tertentu dan menimbang berat
endapan serta menghitung berapa konsentrasi endapan yang terjadi,
sehingga kita dapat membandingakan kecepatan laju pengendapan dari tiap
gerakan pada partikel pada fluida dalam proses yang pengendapannya
terjadi.
Contoh grafik tinggi Lumpur (batas antara zona A dan zona B)
dengan waktu yang ditunjukkan pada gambar 2.5 selama tahap awal
pengendapan kecepatannya tetap, sebagaimana terlihat pada bagian
pertama kurva itu. Setelah zat padatnya menggumpal di dalam zona D laju
pengendapan itu berkurang dan berangsur-angsur turun hingga mencapai
tinggi akhirnya. Titik kritis dicapai pada titik C dalam gambar 2.5
Laju pengendapan lumpur berbeda-beda satu sama lain, demikian pula
tinggi relatif berbagai zona pengendapannya. Untuk menentukan
karakteristik pengendapannya secara teliti, setiap lumpur itu harus
diperiksa dengan melakukan eksperimen terhadap masing-masingnya.
Z0
Zu
tinggi patah
0 tu
0
WAKTU
Gambar. 2.5 laju sedimentasi
Padatan yang tersuspensi dalam air dapat dibedakan menjadi dua
golongan yaitu :
1. Padatan kasar
Adalah padatan yang dapat dipisahkan dengan cara pengendapan yang
sederhana dalam waktu yang singkat.
2. Padatan halus
Adalah padatan yang tidak dapat dipisahkan dengan cara pengendapan
yang sederhana didalam waktu yang relatife singkat, atau tidak
mempunyai peralatan pengendapan yang dapat beroperasi secara
komersial mekanisme penggerak (rake) yang dipasang pada dasar
tangki pengendap agar dapat mempermudah pengumpulan suspensi pekat
dari dasar tangki. (Mc. Cabe and Smith. 1991)
2.11 Peralatan Dalam Sedimentasi
Dalam industri, proses yang diuraikan di atas itu dilaksanakan dalam
skala dengan menggunakan alat yang disebut kolam pengendap atau baik
penebal (Thickener). Untuk partakel-partikel yang mengendap dengan
cepat tangki pengendap tumpak atau kerucut pengendap kontinyu biasanya
cukup memadai. Akan tetapi, untuk berbagai tugas lain diperlukan alat
penebal yang diaduk dengan cara mekanik .Tangki yang besar dan agak
dangkal yang mempunyai penggaruk radial yang digerakkan dengan lambat
dari suatu proses sentral. Dimana dasar alat ini biasa datar biasa pula
berbentuk kerucut dangkal. Bubur umpan yang encer mengalir melalui
suatu palung miring atau meja cuci masuk ditengah alat penebal itu.
Cairan itu lalu mengalir secara radial dengan kecepatan yang kian
berkurang, sehingga memungkinkan zat padat itu mengendap ke dasar
tangki. Cairan jernih melimpah dari bibir tangki ke dalam suatu palung.
Lengan-lengan penggaruk itu mengaduk lumpur itu secara perlahan-lahan,
dan mengumpulkannya ketengah tangki, sehingga dapat mengalir dari situ
kedalam bukaan besar yang bermuara pada pipa masuk pompa lumpur. Pada
beberapa rancang tertentu lengan penggaruk itu dibuat berengsel
sehingga dapat bergerak melewati setiap halangan, seperti gumpalan
lumpur yang keras pada dasar tangki.
Kolam pengendap (penebal) yang dilengkapi dengan pengaduk mekanik
biasanya besar, dengan diameter berkisar antara 30-300 ft (10 - 100 ml)
dan kedalaman 8-12 ft (2,5 - 3,5 km). Pada alat penebal besar,
penggaruknya berputar sekali dalam 30 menit. Kolam pengendap ini
biasanya sangat bermanfaat bila kita mempunyai bubur encer dengan
volume yang besar yang ketebalannya seperti pada pembuatan semen atau
produksi magnesium dari laut. Alat ini juga banyak dipakai dalam
pengolahan air limbah dan penjernihan air.
Volume cairan jernih yang dihasilkan persatuan waktu dalam suatu
kolam pengendap kontinyu bergantung pada luas penampang yang tersedia
untuk pengendap dan dalam separator industri, hampir tidak bergantung
pada kedalaman zat cair, kapasitas yang lebih tinggi persatuan luas
lantai biasa didapatkan dengan menggunakan pengendap bertalam banyak,
yang terdiri dari beberapa zona pengendapan yang dangkal, satu diatas
yang lain, dalam tangki berbentuk silinder. Lumpur yang mengendap
didorong kebawah dari satu talam ke talam yang berikut dengan bantuan
penggaruk atau pengerik. Pada alat ini kita dapat pula melakukan
pencurian anjakan lawan arah. Alat ini biasanya lebih kecil
diameternya daripada pengendap bertahap tunggal.
2.12 Proses Pengendapan Sentrifugal
Partikel tertentu didalam fluida tertentu mengendap dibawah
pengaruh gaya gravitasi pada laju maksimum tertentu. Untuk meningkatkan
laju pengendapan, gaya gravitasi yang bekerja pada partikel itu dapat
digantikan dengan gaya sentrifugal yang jauh lebih kuat.
Dalam operasi produksi, separator sentrifugal sudah banyak
menggantikan separator gravitasi karena separator sentrifugal itu jauh
lebih efektif dengan partikel dan tetesan halus, disamping volumenya
yang jauh lebih kecil untuk kapasitas tertentu.
Kebanyakan separator sentrifugal yang digunakan untuk mengeluarkan
partikel dari arus gas tidak mempunyai bagia-bagian yang bergerak sama
sekali, contohnya ialah separator siklon yang terlihat pada gambar 2e.
Alat ini terdiri dari sebuah silinder vertical yang mempunyai bagian
bawah berbentuk kerucut, dengan pemasuk yang merupakan garis singgung
(tangensial) pada bagian atasnya, sedang lubang keluar untuk debu-
debunya terletak diujung kerucut disebelah bawah. Lubang masuk itu
biasanya berbentuk siku empat. Pipa keluar menjulur kedalam silinder
untuk menjaga agar tidak ada aliran pintas udara masuk langsung keluar.
Udara masuk yang mengandung debu mengalir dalam lintasan spiral
mengelilingi silinder kebawah bagian siklon yang berbentuk silinder
itu. Gaya sentrifugal yang timbul didalam vorteks cenderung
menggerakkan partikel secara radial kearah diding dan partikel yang
sampai kedinding itu meluncur kebawah kedalam kerucut sehingga dapat
dikumpulkan.
Gas keluar
Debu dan gas
masuk
Debu keluar
Gambar. 2.6 Siklon
Siklon pada dasarnya adalah peranti pengenap dimana gaya
sentrifugal yang kuat, yang bekerja secara radial, digunakan sebagai
pengganti gaya gravitasi yang relatife lemah dan bekerja vertikal
itu. siklon merupakan salah satu dari beberapa peranti pemisah yang
bekerja lebih baik pada beban penuh daripada beban terbatas.
Kadang-kadang dua siklon yang identik digunakan dalam susunan
seri untuk mendapatkan pengeluaran zat padat yang lebih lengkap,
tetapi efisiensi unit yang kedua itu akan kurang dari yang pertama,
karena umpan keunit, yang kedua mempunyai ukuran partikel rata-rata
yang lebih kecil. Siklon juga sangat banyak dipakai untuk memisahkan
zat padat dari zat cair, lebih untuk tujuan klasifikasi.
2.13 Jenis-Jenis Dekanter Sentrifugal
Zat cair yang tak mampu campur (immiscible) dipisahkan secara
industri dalam decanter (pengenap – tuang) sentrifugal (sentrifugal
decanter). Gaya pisah disini jauh berlebih besar dari gaya gravitasi
dan bekerja pada arah menjauh dari sumbu putaran dan bukan kearah
bawah ke permukaan bumi. Jenis-jenis utama decanter sentrifugal adalah
mesin sentrifugal tabung (tubular centrifuge) dan sentrifugal piring
(disk centrifuge).
1. Dekanter sentrifugal tabung
Mesin pisah sentrifugal tabung untuk zat cair. Mangkuknya tinggi
dan sempit, dengan diameter 4 sampai 6 in (100 sampai 150 mm) dan
berputar didalam rumahan yang stasioner pada kecepatan kira-kira
15.000 put/min. Umpan masuk dari nosel stasioner yang diselipkan dari
suatu bukaan pada dasar mangkuk. Zat cair terpisah menjadi 2 lapisan
didalam mangkuk itu. Lapisan yang disebelah dalam, atau lapisan ringan
menumpah dari tanggul dibagian atas mangkuk dan terlempar keluar
ketutup pembuang yang stasioner dan dari situ kesuatu corot. Zat cair
berat mengalir melalui sebuah tanggul lain ketutup dan corot pembuang
sendiri. Tanggul yang dilewati aliran zat cair berat dapat
ditanggalkan dan diganti dengan tanggul lain yang ukuran bukanya
berbeda. Posisi antara muka zat cair dan zat cair (zona netral) di
jaga dengan keseimbangan hidraulik. Pada beberapa rancang zat cair itu
keluar dengan tekanan dan posisi antar muka itu diatur dengan suatu
katup luar pada pipa pembuangan.\
2. Dekanter sentrifugal piring
Untuk pemisahan zat cair dengan zata cair tertentu mesin
sentrifugal jenis piring sangat efektif. Alat ini terdiri dari sebuah
mangkuk pendek dan lebar, diameter 8-20 in (200- 500 ml) yang berputar
pada suatu sumbu vertical. Mangkuk itu datar pada bagian dasar tetapi
berbentuk kerucut pada bagian atas. Umpan masuk dari atas melalui
suatu pipa stasioner kedalam leher mangkok. Dua lapisan zat cair akan
terbentuk seperti pada decanter sentrifugal tabung masing-masingnya
mengalir melalui tanggul yang dapat diatur tanggulnya tingginya
kecorot pembuang yang terpisah. Didalam mangkuk itu dan berputar
berasama itu ada beberapa "piring" yang tersususn dengan jarak pisah
kecil, yang sebetulnya terdiri dari kerucut-kerucut lembaran logam
yang tersususn satu diatas yang lain. Pada setiap piring terdapat
lubang berpasangan kira-kira pada jarak ditengah – tengah antara
poros dan dinding mangkuk. Lubang-lubang itu membentuk saluran tempat
zat cair itu lewat. Dalam operasinya, zat cair umpan masuk kedalam
mangkuk dari bawah, lalu mengalir keatas melaui saluran itu melewati
piring-piring. Zat cair berat akan terlempar keluar dan mendorong zat
cair ringan keararh tengah mangkuk. Dalam perjalanannya keluar, zat
cair itu akan menumbuk bagian bawah piring dan akan mengalir dibawah
kepinggir mangkuk tanpa terpaksa bertumbukan lagi dengan zat cair
ringan, demikian pula mengalir kedalam dan keatas melaui permukaan
atas piring. Oleh karena jarak antara piring-piring itu sangat rapat,
jarak yang ditempuh oleh setiap tetesan zat cair untuk keluar dari
fase yang satu lagi pendek saja, jauh lebih pendek dari decanter
sentrifugal tabung dimana lapisan zat cairnya tebal. Disamping itu,
didalam mesin piring terdapat geser yang agak besar pada antar muka
zat cair dan zat cair pada waktu satu fase mengalir berlawanan arah
dengan fase yang satu lagi. Geser ini sangat membantu dalam memecah
emulsi. Dekanter sentrifugal piring sangat bermanfaat dalam, hal yang
menjadi tujuan bukanlah pemisahan penuh tetapi hanyalah pemekatan
konsentrasi didalam satu fase fluida, seperti dalam pemisahan lemak
dari susu.
Jika zat cair yang diumpankan kedekanter sentrifugal piring atau
tabung itu mengandung kotoran atau partikel zat padat berat, zat padat
itu akan mengumpul didalam mangkuk dan harus dibersihkan dengan
menghentikan mesin, mengeluarkan dan membongkar mangkuk dan mengikis
zat padat yang menumpuk. Cara ini akan menjadi tidak ekonomis apabila
kandungan zat padat didalam umpan lebih dari beberapa persen saja.
Dekanter sentrifugal piring atau tabung sangat menguntungkan
untuk memisahkan larutan zat padat dari minyak pelumas, zat cair
proses, tinta dan minuman yang harus bersih sempurna. Alat ini dapat
mengeluarkan zat cair berlendir atau seperti gelatin yang mungkin akan
menyumbat filter dengan segera.
(Mc. Cabe and Smith.1991)
BAB III
PROSEDUR KERJA
3.1 Bahan
a. Pasir
b. Air
3.2 Alat
a. 1 set alat sedimentasi
Keterangan gambar:
1. Buffle
2. Limnimeter
3. Pompa
4. Flowmeter
3.3 Cara Kerja
Pasir dimasukkan ke dalam bak penampang yang berisi air,
diatur kemiringan tabung kaca horizontal pada 30o dan laju alir 10
liter/menit, di pasang buffelnya dengan jarak 10 cm, kemudian pasir
tersebut di pompakan ke dalam tabung kaca horizontal. Ditunggu
beberapa saat sampai bukit dan lembah terbentuk sempurna, pompa di
matikan dan buffle di lepas, kemudian diukur ketinggian bukit yang
terbentuk (ha), lembah yang terbentuk (ho) dan jarak antara bukit dan
lembah (b). Pembacaan dilakuakan sebanyak 3 kali, kemudian prosedur
diulang dengan laju alir 30 liter/menit dan 50 liter/menit.
3.4 Diagram Alir
BAB IV
HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
Dari perhitungan mencsri nilsi kecepatan jatuhnya benda pada buffle panjang
di peroleh:
V = 2344,8 cm/s2
Re = 0,0043
Tabel 4.1 hasil perhitungan laju alir (Q) pada Buffle panjang
" " " " " "
"Laju alir "ha (cm) "ho (cm) "b (cm) "Laju alir "
"(cm3/s) " " " "(Q) "
" " " " "(cm3/s) "
" " " " " "
"166,67 "5,36 "3,33 "7,83 "4016,11 "
" " " " " "
"500 "6,6 "4,4 "9,16 "5785,20 "
" " " " " "
"833,33 "3,96 "1,96 "10 "3789,43 "
4.2 Pembahasan
Dari data diatas dapat dilihat, semakin besar laju alir pada buffle
seharusnya semakin rendah. Namun, data di atas menunjukkan bahwa laju
alir fluida (Q) tidak beraturan yaitu 4016,11; 5785,20; dan 3789,43. Hal
ini terjadi karena kemungkinan adanya kesalahan pada saat pengambilan
data atau akibat alat yang kurang memadai.
BAB V
KESIMPULAN
5.1 Kesimpulan
Dari praktikum di peroleh hasil dari perhitungan untuk nilai kecepatan
jatuhnya benda padat pada buffle panjangnya adalah 2344,80 cm/s2 dan untuk
nilai laju alir (Q) pada buffle panjang pada laju alir 166,67 cm3/s adalah
4016,11 cm3/s, untuk laju alir 500 cm3/s adalah 5785,20 cm3/s dan untuk
laju alir 833,33cm3/s adalah 3789,43 cm3/s.
5.2 Saran
Diharapkan agar alat-alat laboratorium di lengkapi, agar praktikan
tidak keliru dalam melakukan praktikum dan hasil yang di peroleh dapat
lebih akurat.
-----------------------
Fd =
m. (. g
( p
Á . V2
2
Co =
Zi