PROPOSAL PRAKTIKUM PRAKTIKUM DASAR TEKNIK KIMIA SEDIMENTASI (D7)
Disusun oleh DISKIALINNA ALHAQ DHIRA RIZKY ARDHINI
(121040007/TK) (121040021/TK)
LABORATORIUM DASAR TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN” YOGYAKARTA 2007
HALAMAN PENGESAHAN PROPOSAL PRAKTIKUM PRAKTIKUM DASAR TEKNIK KIMIA SEDIMENTASI (D7)
Disusun oleh DISKIALINNA ALHAQ DHIRA RIZKY ARDHINI
(121040007/TK) (121040021/TK)
Yogyakarta, Maret 2007 Asisten pembimbing praktikum
Puji dan syukur kami panjatkan ke-Hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan Laporan resmi Praktikum Dasar Teknik Kimia yang berjudul “Sedimentasi” dengan tepat. Adapun tujuan dari pembuatan Laporan resmi ini adalah untuk memenuhi syarat kelulusan mata kuliah Praktikum Dasar Teknik Kimia. Dengan selesainya makalah ini, penyusun mengucapkan terima kasih sebesarbesarnya kepada: 1. Siti Diyar Kholisah, ST, MT, selaku Kepala Laboratorium Dasar Teknik Kimia UPN “ Veteran “ Yogyakarta. 2. Wienarno Nurrakhmadi, selaku Asisten Pembimbing Praktikum Dasar Tenik Kimia pada acara (D7) ini. 3. Seluruh staf Laboratorium Dasar Teknik Kimia atas seluruh bantuannya yang telah diberikan kepada praktikan. 4. Seluruh pihak yang telah membantu baik langsung maupun tidak langsung sehingga makalah ini dapat diselesaikan. Akhir kata penyusun berharap agar makalah ini dapat bermanfaat bagi penyusun dan semua pihak yang memerlukan laporan ini.
Yogyakarta,
Mei 2005
Penyusun
DAFTAR ISI Hal aman Halaman Judul.................................................................................................. i Halaman Pengesahan........................................................................................ ii Prakata.............................................................................................................. iii Daftar Isi........................................................................................................... iv Daftar Tabel...................................................................................................... v Daftar Gambar.................................................................................................. vi Daftar Lambang................................................................................................ vii Intisari............................................................................................................... viii Bab I. Pendahuluan 1.1.........................................................................................................Maks ud Percobaan................................................................................... 1 1.2.........................................................................................................Latar Belakang......................................................................................... 1 1.3.........................................................................................................Tinja uan Pustaka .................................................................................... 2 Bab II. Pelaksanaan Percobaan 1.1......................................................................................................... Baha n...................................................................................................... 10 1.2.........................................................................................................Alatalat................................................................................................... 10 1.3.........................................................................................................Gam bar Rangkaian Alat......................................................................... 10 1.4.........................................................................................................Cara Kerja............................................................................................... 11 1.5.........................................................................................................Anali sa Percobaan .................................................................................. 11 Bab III. Hasil dan Pembahasan ……………………………………………... 13 Bab IV. Kesimpulan ........................................................................................ 34
Daftar Pustaka................................................................................................... Lampiran........................................................................................................... Tanya Jawab Seminar ......................................................................................
35
DAFTAR TABEL Tabel 3.1.1
Tabel 3.1.2
Tabel 3.1.3
Tabel 3.2.1
Halaman Hubungan antara tinggi batas bidang bening keruh (z) dengan waktu sedimentasi ( ) pada Co = 35 g/l 13 .................................................................................................. ... 14 .................................................................................................. Hubungan antara tinggi batas bidang bening keruh (z) dengan 15 waktu sedimentasi ( ) pada Co = 45 g/l .................................................................................................. 17 ... .................................................................................................. 18 Hubungan antara tinggi batas bidang bening keruh (z) dengan waktu sedimentasi ( ) pada Co = 55 g/l 20 .................................................................................................. ... 22 .................................................................................................. Hubungan antara tinggi batas bidang bening keruh (z) dengan 24 waktu sedimentasi ( ) pada Co = 35 g/l (tabung besar)
Tabel 3.2.2
Tabel 3.2.3
Tabel 3.2.4
Tabel 3.2.5
Tabel 3.2.6 Tabel 3.3.1 besar)….. Tabel 3.3.2 kecil).….. Tabel 3.3.3 besar).…. Tabel 3.3.4 kecil).….. Tabel 3.3.5 besar).…. Tabel 3.3.6 kecil).…..
.................................................................................................. .... .................................................................................................. Hubungan antara tinggi batas bidang bening keruh (z) dengan waktu sedimentasi ( ) pada Co = 35 g/l (tabung kecil) .................................................................................................. .... Hubungan antara tinggi batas bidang bening keruh (z) dengan waktu sedimentasi ( ) pada Co = 45 g/l (tabung besar) .................................................................................................. .... .................................................................................................. Hubungan antara tinggi batas bidang bening keruh (z) dengan waktu sedimentasi ( ) pada Co = 45 g/l (tabung kecil) .................................................................................................. .... ... .................................................................................................. Hubungan antara tinggi batas bidang bening keruh (z) dengan waktu sedimentasi ( ) pada Co = 55 g/l (tabung besar) .................................................................................................. .... .................................................................................................. Hubungan antara tinggi batas bidang bening keruh(z) dengan waktu sedimentasi ( ) pada Co = 55 g/l (tabung kecil).................... Garis singgung pada Co = 35 gr/ltr ; Zo = 72 cm (tabung Garis singgung pada Co = 35 gr/ltr ; Zo = 76 cm (tabung Garis singgung pada Co = 45 gr/ltr ; Zo = 73 cm (tabung Garis singgung pada Co = 45 gr/ltr ; Zo = 70 cm (tabung Garis singgung pada Co = 55 gr/ltr ; Zo = 74 cm (tabung Garis singgung pada Co = 55 gr/ltr ; Zo = 80 cm (tabung
26 28 29 30 31 32 33
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Gambar 2. Gambar 3. Gambar 4. Gambar 5. Gambar 6. Gambar 3.2.1
Gambar 3.2.2
Gambar 3.2.3
Gambar 3.2.4
Gambar 3.2.5
Gambar 3.2.6
Halaman Mekanisme sedimentasi secara batch..................................... 2 Gerak jatuh partikel dalam fluida........................................... 4 Hubungan antara tinggi batas bening keruh(z) dan waktu(θ). 6 Hubungan kecepatan dengan konsentrasi pada lapisan batas. 6 Grafik hubungan CL.Vs.VL...................................................... 9 Rangkaian alat percobaan sedimentasi................................... 10 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co=35gr/lt; Zo=72 cm (Tabung Besar) ..................................................................................... 17 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co=35 gr/lt; Zo=76 cm (Tabung Kecil) ..................................................................................... 19 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co=45 gr/lt; Zo=73 cm (Tabung Besar) ..................................................................................... 21 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co=45gr/lt; Zo=70 cm (Tabung Kecil) ..................................................................................... 23 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co=55 gr/lt; Zo=74 cm (Tabung Besar) ..................................................................................... 25 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co=55 gr/lt; Zo=80 cm (Tabung Kecil) ..................................................................................... 27
Gambar 3.3.1 Grafik Garis Singgung pada Co = 35 gr/lt ; Zo = 72 cm (Tabung Besar) 28 Gambar 3.3.2 Grafik Garis Singgung pada Co = 35 gr/lt ; Zo = 76 cm (Tabung Kecil) ..................................................................................... 29 Gambar 3.3.3 Grafik Garis Singgung pada Co = 45 gr/lt ; Zo = 73 cm (Tabung Besar) ..................................................................................... 30 Gambar 3.3.4 Grafik Garis Singgung pada Co = 45 gr/lt ; Zo = 70 cm (Tabung Kecil) ..................................................................................... 31 Gambar 3.3.5 Grafik Garis Singgung pada Co = 55 gr/lt ; Zo = 74 cm (Tabung Besar) ..................................................................................... 32 Gambar 3.3.6 Grafik Garis Singgung pada Co = 55 gr/lt ; Zo = 80 cm (Tabung Kecil) ..................................................................................... 33
DAFTAR LAMBANG A C C0 Cd CL
= Luas penampang tabung, cm2 = Konsentrasi padatan pada lapisan, g/l = Konsentrasi slurry mula-mula, g/l = Koefisien gesekan = Konsentrasi slurry pada bidang batas, g/l
Dp g m NRe V VL Vt VP zi zL μ ρ ρs L
= Diameter partikel, cm = Percepatan grafitasi, cm/s2 = massa partikel, g = Bilangan Reynold = Kecepatan relatif fluida, cm/s = Kecepatan sedimentasi, cm/s = Kecepatan termal, cm/s = Volume padatan, , cm3 = Perpotongan garis singgung kurva z vs θ dengan ordinat, cm = Tinggi bidang batas bening keruh pada θ = θ L, cm = Viskositas fluida, g/cm.s = Densitas fluida, g/ cm3 = Densitas padatan, g/ cm3 = Waktu sedimentasi, s
INTISARI
Sedimentasi adalah merupakan cara pemisahan campuran padatan dalam bentuk slurry berdasarkan prinsip pengendapan oleh gaya berat menjadi cairan bening, cairan yang lebih pekat dan endapannya. Percobaan ini dilaksanakan dengan menggunakan zat padat CaCO3 atau kapur dengan konsentrasi tertentu yang berbeda dan menggunakan dua buah tabung dengan diameter yang berbeda sebagai tempat pengendapan. Pengamatan dilakukan dengan mengukur tinggi batas bidang bening keruh (z) setiap selang waktu (θ) 2 menit. Percobaan dihentikan bila telah tercapai endapan konstan. Kemudian diulang lagi dengan konsentrasi yang berbeda. Dari pengamatan didapat grafik hubungan antara bidang batas bening keruh (z) dengan waktu (θ), sehingga akan terlihat bahwa makin besar konsentrasi suspensi, maka waktu pengendapan yang dipakai akan semakin lama. Berdasarkan grafik hubungan z vs dibuat grafik hubungan kecepatan sedimentasi (VL) dengan konsentrasi padatan (CL) dimana semakin besar konsentrasi padatan yang terbentuk maka semakin turun kecepatannya. Hasil percobaan untuk tabung besar dengan konsentrasi slurry 35 gr/lt diperoleh hubungan antara waktu dengan tinggi bidang batas bening keruh yang dinyatakan dengan persamaan Z=66,317e-0.0792 dengan persen kesalahan 29,82 % dan hubungan antara CL dengan VL yang dinyatakan dengan persamaan CL=5,7893e-0.0172(VL). Hasil percobaan untuk tabung besar dengan konsentrasi slurry 45 gr/lt diperoleh hubungan antara waktu dengan tinggi bidang batas bening keruh yang dinyatakan dengan persamaan Z=59,229e-0.0645 dengan persen kesalahan 30,40 % dan hubungan antara CL dengan VL yang dinyatakan dengan persamaan CL=6,2463e-0,0147(VL). Hasil percobaan untuk tabung besar dengan konsentrasi slurry 55 gr/lt diperoleh hubungan antara waktu dengan tinggi bidang batas bening keruh yang dinyatakan dengan persamaan Z=60,271e-0.0546 dengan persen kesalahan 23,40 % dan hubungan antara CL dengan VL yang dinyatakan dengan persamaan CL=10,46e-0166(VL). Hasil percobaan untuk tabung kecil dengan konsentrasi slurry 35 gr/lt diperoleh hubungan antara waktu dengan tinggi bidang batas bening keruh yang dinyatakan dengan persamaan Z=77,87e-0.0407 dengan persen kesalahan 2,93 % dan hubungan antara CL dengan VL yang dinyatakan dengan persamaan CL=5,4466e-0,0358(VL). Hasil percobaan untuk tabung kecil dengan konsentrasi slurry 45 gr/lt diperoleh hubungan antara waktu dengan tinggi bidang batas bening keruh yang dinyatakan dengan persamaan Z=66,264e-0.027 dengan persen kesalahan 4,17 % dan hubungan antara CL dengan VL yang dinyatakan dengan persamaan CL=10,56e-0,0424(VL). Hasil percobaan untuk tabung kecil dengan konsentrasi slurry 55 gr/lt diperoleh hubungan antara waktu dengan tinggi bidang batas bening keruh yang dinyatakan dengan persamaan Z=73,989e-0.0139 dengan persen kesalahan 4,43 % dan hubungan antara CL dengan VL yang dinyatakan dengan persamaan CL=4,9433e-0.0312(VL).
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Tujuan Percobaan 1. Mempelajari pengaruh konsentrasi padatan terhadap kecepatan sedimentasi pada slurry CaCO3 secara batch. 2. Membuat grafik hubungan antara tinggi bidang batas bening keruh (Z) dengan waktu pengendapan (θ). 3. Membuat grafik hubungan antara kecepatan pengendapan (V1) dengan konsentrasi slurry (C1). 1.2 Latar Belakang Di dalam praktek dan kehidupan sehari-hari banyak di jumpai proses yang melibatkan zat padat dan cairan, baik yang sejenis sama atau yang berbeda dan dengan diameter padatan yang berbeda-beda. Di samping itu sering dijumpai proses pemisahan zat padat dengan zat cair dengan menggunakan gaya gravitasi, yaitu “sedimentasi”. Jadi sedimentasi dapat diartikan sebagai suatu proses pemisahan suspensi menjadi cairan dan padatan yang lebih pekat, di mana menggunakan prinsip pengendapan berdasarkan gaya gravitasi. Proses sedimentasi banyak dipakai dalam proses industri pada unit pemisahan karena prosedur pelaksanaan sederhana dan hasilnya baik. Misalnya digunakan pada penjernihan air dan proses pengambilan senyawa magnesium pada air laut. Selain itu proses sedimentasi digunakan untuk memisahkan bahan buangan dari bahan yang akan diolah, hal ini kita lihat pada pabrik gula untuk memisahkan bahan buangan dari hasil cairan yang akan diolah menjadi gula. Dalam pelaksanaannya, sedimentasi dapat dilakukan dengan cara, yaitu: 1.
Secara Batch
2.
Secara Kontinyu Sedimentasi di dalam industri biasanya menggunakan proses kontinyu di dalam tangki
besar, dan menggunakan air sebagai zat pensuspensi. Sedangkan di dalam laboratorium biasa dilakukan sedimentasi secara Batch di dalam silinder vertical, karena lebih sederhana, mudah dan murah. 1
1.3 Tinjauan Pustaka Sedimentasi adalah pemisahan campuran padatan dan cairan yang berupa suspensi menjadi cairan bening dan suspensi yang lebih pekat karena gaya berat padatan itu sendiri. Proses pemisahan ini terjadi secara mekanis dan berdasarkan pada perbedaan densitas pada temperature yang sama, terjadi antara padatan dan fluida. Proses sedimentasi yang dijalankan secara batch, seperti yang dijalankan di dalam laboratorium, digunakan untuk kapasitas kecil. Sedangkan sedimentasi secara kontinyu biasa digunakan di dalam industri dengan kapasitas besar. (Brown, G.G, 1978) Mekanisme sedimentasi secara batch dapat digambarkan sebagai berikut :
Gambar 1. Mekanisme sedimentasi secara batch Keterangan gambar: A. Cairan bening atau fluida bebas butiran B. Bagian dengan konsentrasi seragam C. Bagian dengan distribusi berbagai ukuran partikel dan konsentrasi tidak seragam D. Bagian transisi atau titik kritis E. Endapan partikel-partikel padat Suspensi dengan konsentrasi padatan yang seragam dimasukkan ke dalam tabung (gb.1a) dan dibiarkan mengendap. Setelah proses pengendapan dimulai, suspensi di dalam tabung silinder terbagi menjadi beberapa bagian (gb.1b). bagian dengan partikel padatan yang lebih berat akan mengendap lebih dulu (D), diatasnya terdapat bagian dimana terdiri dari distribusi berbagai ukuran dan konsentrasi partikel yang tidak seragam (C), bagian (B)
2
adalah bagian dengan partikel-partikel yang berukuran hampir sama, dan mempunyai konsentrasi yang seragam. Di atasnya adalah bagian yang terdiri dari cairan bening (A). Selama sedimentasi berlangsung, maka ketinggian tiap bagian akan berubah (gb. 1b, 1c,1d) dan akhirnya akan dicapai suatu keadaan dimana bagian B dan C akan hilang dan semua padatan akan mengendap (gb. 1e). Didalam sedimentasi secara kontinyu juga akan terdapat bagian-bagian yang sama dengan sedimentasi secara batch, tetapi pada saat keadaan steady state umpan suspensi ke dalam penampungan sama tiap satuan waktu dengan sludge (lumpur) dan cairan bening yang dikeluarkan dari penampungan, sehingga tinggi masing-masing bagian akan konstan. Proses sedimentasi secara kontinyu memakai alat yang disebut “thickener”. Sedimentasi secara batch memakai alat yang disebut silinder, maka suspensi dimasukkan dari atas, kemudian cairan bening dan padatannya dikeluarkan lewat bawah. Mekanisme sedimentasi dapat dijelaskan dengan teori gerak partikel padat dalam fluida. Jika butir padat seberat M gram jatuh bebas dengan kecepatan V cm/s relatif terhadap fluida dimana densitas padatan dan densitas fluida dicari, maka partikel tersebut mengalami tiga macam gaya yaitu: 1.
Gaya gravitasi dengan arah ke bawah Fg = mg .................................................................................................... (1) dimana : Fg = gaya gesek m = massa parikel g = kecepatan grvitasi
2.
Gaya apung dengan arah ke atas Fb = (m. .g)/ s = Vs. .g .................................................................. (2) dimana : Fb = gaya apung m = massa partikel g = kecepatan grvitasi vs = kecepatan padatan ρ = densitas ρs = densitas 3
3.
Gaya gesekan/ drag force berlawanan arah dengan gerak benda Fd = (Cd.V2. .A) / 2 .............................................................................. (3) dimana : Fd = gaya gesek Cd = koefisien gaya gesek v = kecepatan padatan A = luas penampang aliran ρ = densitas
Ketiga gaya pada partikel diatas dapat dijelaskan sebagai berikut:
Gambar 2. Gerak jatuh partikel dalam fluida Resultan gaya-gaya yang bekerja (Fg – Fb – Fd) gc = m dv/d θ.................................................................... (4) Dengan mendistribusikan persamaan (1), (2) , (3) ke dalam persamaan (4), maka : dv/d = g – ( s/ ) g – [(Cd.v2. .A)/2m]........................................ (5) dv/d θ = g – (1 - s/ ) – [(Cd.v2. .A)/2m]....................................... (6) Untuk partikel yang terbentuk bola, A =
.Dp2 / 4 dan m = ( . Dp3 / 6), persamaan (6)
menjadi : dv/d θ = g – (1 - s/ ) – [(3.Cd.v2. .A) /2m]................................... (7) Pada “terminal velocity”, dc/d θ = 0, sehingga : (3.Cd.v2. ) / (4.Dp. s) = g (1- s/ )............................................... (8)
4
Persamaan (8) diselesaikan menjadi : Vt
4 s .g.Dp ............................................................................ (9) 3.Cd .
Harga Cd dapat dicari dengan grafik Dp vs N Rc pada buku “Perry’s Chemical Engineer’s Handbook” edisi 7. Cd
24 24 Dp.V . / N Rc ........................................................................ (10)
Persamaan (10) disubtitusikan ke persamaan (9): Vt
s .g.Dp 2 18.
............................................................................. (11)
dimana : g
= percepatan gravitasi (m/s2)
Cd = drager efisien A = luas proyeksi partikel terhadap arah gerakan (m2) s = densitas padatan (kg/m3)
= densitas fluida (kg/m3)
m = massa padatan (kg) Vt = kecepatan terminal (m/s) Gerak partikel di dalam fluida, terbagi dalam 3 periode, yaitu : 1.
Periode jatuh dengan percepatan karena gaya gravitasi.
2.
Free Settling Periode jatuh dengan kecepatan tetap, yang berpengaruh hanya gaya gravitasi.
3.
Hindered Settling Periode dimana kecepatan sedimentasi berkurang ketika terjadi kenaikan konsentrasi, yang disebabkan karena kenaikan densitas dan viskositas.
5
Kecepatan pengendapan merupakan fungsi dari konsentrasi padatan dalam fluida dengan pertolongan grafik hubungan antara tinggi bidang batas bening keruh (z) terhadap waktu (θ).
Gambar 3. Hubungan antara tinggi batas bening keruh (z) dan waktu (θ) Kecepatan sedimentasi dapat dicari dari slope garis singgung kurva. Contoh pada gambar (3). Kecepatan sedimentasi: VL = slope = tg. = y/x = (z1 – zL)/ θ L .................................................. (12)
6
Hubungan antara konsentrasi dengan kecepatan sedimentasi dapat dilihat, sebagai berikut : (v + dv + vL)
C - dC C, V + VL
Gambar 4 . Hubungan kecepatan dengan konsentrasi pada lapisan batas dimana : C
= Konsentrasi padatan pada lapisan
VL
= kecepatan pengandapan dari partikel pada lapisan
(V+dV+VL)
= kecepatan padatan masuk ke dalam lapisan dilihat dari permukaan lapisan
(C – dC)
= konsentrasi padatan masuk ke dalam lapisan.
(V+VL)
= kecepatan padatan ke luar lapisan dilihat dari permukaan lapisan.
Dari persamaan diatas lalu dibuat neraca massa proses sedimentasi : (C-dC)A θ (V+dV+VL) = CA θ (V+VL)................................................ (13) Untuk luas penampang (A) yang konstan, maka persamaan (13) menjadi: VL = C dV/dC – V – dV ....................................................................... (14) dV dapat diabaikan, karena kecil: VL = C dV/dC – V ................................................................................ (15) Asumsi kecepatan adalah fungsi dari konsentrasi: VL = f(C) dV/dC = f (C)
7
Jika C tetap pada lapisan, maka f ( C ), f (C) dan VL, tetap. Harga VL yang tetap di dalam kecepatan bidang batas dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi padatan pada lapisan dari penyelesaian secara batch. Jumlah padatan yang melewati lapisan sama dengan jumlah padatan total karena lapisan ini mempunyai konsentrasi yang mulai terbentuk dari bawah dan menuju atas ke bidang batas, sehingga : CL.AL. θ L. (V+VL) = C0.z0.A................................................................. (15) dimana: C0
= konsentrasi awal dari padatan tersuspensi
z0
= tinggi awal dari padatan tersuspensi
A
= luas silinder
CL
= kosentrasi lapisan batas
θL
= waktu untuk bergerak dari dasar ke permukaan batas
(V+VL)
= kecepatan padatan keluar dari lapisan
Bila ZL adalah bidang batas saat θ L dengan VL konstan, maka: VL
ZL .................................................................................................. (17) L
Dari hasil plot dapat percobaan grafik z vs θ diperoleh VL sebagai slope dari kurva pada θ=θ L. Garis singgung kurva pada θ L memotong ordinat pada zi. slope dari garis singgung ini adalah : VL
Zi Z L ........................................................................................... (18) L
Sedangkan harga CL dapat dicari dengan persamaan (16) CL.AL. θ L.(V+VL) = C0.Z0.A Karena AL = A, maka : CL.AL. θ L.(V+VL) = C0.Z0.A .................................................................... (19) CL
Co Z o ............................................................................... (20) L (V VL )
CL
Co Z o ............................................................................... (21) LV LV L
8
CL
Co Z o Z ZL ..................................................................... (22) ZL L i L
CL
Co Z o ........................................................................... (23) (Z i Z L ) Z L
CL
Co Z o ...................................................................................... (24) Zi
Dari data konsentrasi (CL) dan kecepatan sedimentasi (VL) dapat dibentuk sebuah grafik VL = f (CL) sebagai berikut: VL
VL = f (Cl) CL Gambar 5. Grafik hubungan CL vs VL
9
BAB II PELAKSANAAN PERCOBAAN
2.1 Bahan 1.
CaCO3
2.
Air
3.
Methyl Orange
2.2 Alat – Alat 1. Tabung kaca besar 2. Tabung kaca kecil 3. Beaker gelas 4. Gelas ukur 5. Stopwatch 6. Timbangan 7. Corong 8. Pengaduk 2.3 Gambar Rangkaian Alat Keterangan : 1. Tabung kaca besar 3
3 1
2. Tabung kaca kecil 2
3. Skala
Gambar 6. Rangkaian alat percobaan sedimentasi
10
2.4 Cara Kerja 1. Mengukur volume tabung kaca besar dan kecil dengan cara memasukkan air sampai ketinggian tertentu, kemudian mengalirkan air tersebut dan menampungnya dalam beaker gelas kemudian mengukur volume dengan gelas ukur 2.
Membuat slurry CaCO3 dengan cara menimbang CaCO3 sebanyak yang telah ditentukan kemudian mencampurkan dengan air dan methyl orange dengan jumlah tertentu pula sampai homogen.
3. Memasukkan slurry CaCO3 yang telah homogen tersebut dalam tabung besar dan tabung kecil secara bersamaan dengan tinggi permukaan yang sama sebagai tinggi awal (Z0). 4. Mengukur tinggi batas bening keruh untuk selang waktu 2 menit. Menghentikan percobaan setelah mencapai tinggi bidang batas yagn konstan untuk menghentikan percobaan endapan setelah endapan konstan. 5. Mengulangi percobaan untuk konsentrasi yang berbeda.
2.5 Analisa Percobaan Dari percobaan diperoleh hasil tinggi batas atas bidang bening keruh (z L) dari pembacaan skala dan harga waktu (θ) pada percobaan dengan selang waktu 30 detik, sehingga dari data yang diperoleh dapat digunakan untuk mencari harga z i,zL dan L. Dari data harga zi,zL dan L, dapat dicari harga VL dan CL dengan rumus :
CL
Co Z o Zi
VL
Zi Z L L
11
dimana :
C0 = Konsentrasi slurry mula-mula Zo = Tinggi slurry mula-mula Zi = Perpotongan garis singgung kurva Z vs dengan ordinat CL = Konsentrasi slurry pada bidang batas ZL = Tinggi bidang batas bening keruh pada = L
L = Waktu sedimentasi VL = Kecepatan sedimentasi Persamaan hubungan VL dan CL dapat dicari dengan metode least square dan kemudian dibuat grafik hubungan VL vs CL. Dengan persamaan eksponensial : Y
= a.ebX
ln Y = ln a + bX Y1 = c + bX Lalu dengan pendekatan Least Square,didapat : Y 1 n.c bX XY 1 cX bX 2
Setelah diperoleh c dan b maka persamaan yang didapat : Y = a.ebX CL = a.e b (VL )
12
BAB III HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN 3.1 Hasil percobaan 3.1.1 Pada Co = 35 gr/lt Tabel 3.1.1 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co = 35 gr/lt Tabung Kecil Tabung Besar No. Waktu (detik) Tinggi (cm) Waktu (detik) Tinggi (cm) 1 0 72 0 76 2 2 66 2 71,5 3 4 57,8 4 67 4 6 48,8 6 62 5 8 41,5 8 57,6 6 10 32,5 10 52,5 7 12 24,5 12 48 8 14 17 14 44 9 16 10 16 40 10 18 9,5 18 36 11 20 9 20 32,5 12 22 8,5 22 29,7 13 24 8,5 24 27,5 14 26 8,5 26 26,2 15 28 8,5 28 24,8 16 30 8,5 30 23,7 17 32 8,5 32 23
13
3.1.2 Pada Co = 45 gr/lt Tabel 3.1.2 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co = 45 gr/lt Tabung Kecil Tabung Besar No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Waktu (detik) Tinggi (cm) Waktu (detik) Tinggi (cm) 0 73 0 70 2 67 2 66,5 4 60 4 59,5 6 50,2 6 58 8 43 8 54,3 10 35,5 10 50,6 12 27 12 47 14 19 14 44 16 11,5 16 41 18 11 18 38,5 20 10,5 20 36,5 22 10,4 22 34,5 24 10 24 33 26 9,8 26 31,5 28 9,6 28 30,5 30 9,6 30 30 32 9,6 32 30 34 9,6 34 30 36 9,6
14
3.1.3 Pada Co = 55 gr/lt Tabel 3.1.3 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co = 55 gr/lt Tabung Kecil Tabung Besar No. 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
Waktu (detik) Tinggi (cm) Waktu (detik) Tinggi (cm) 0 74 0 80 2 67,5 2 77 4 61 4 75 6 54 6 72,3 8 46 8 69 10 41 10 66 12 33,5 12 64 14 27 14 67,8 16 20 16 59,5 18 14 18 57 20 13 20 54,8 22 12 22 53 24 11,5 24 50,5 26 11,2 26 49,5 28 11 28 47,5 30 10,8 30 46 32 10,6 32 45,5 34 10,3 34 43,5 36 9,8 36 42 38 9,5 38 41 40 9,2 40 40 42 9,1 42 39 44 38 46 37 48 36,2 50 35,8 52 34,8 54 34
15
No. 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
Tabung Besar Tabung Kecil Waktu (detik) Tinggi (cm) Waktu (detik) Tinggi (cm) 56 33,5 58 32,7 60 31,8 62 30,9 64 30,1 66 29,8 68 29,4 70 29 72 28,7 74 28,4 76 28,2 78 28,1
3.2 Pembahasan 16
3.2.1 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co = 35 gr/lt; Zo=72 cm (Tabung Besar) Tabel 3.2.1 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co = 35 gr/lt; Zo=72 cm (Tabung Besar) No. Waktu (detik) Tinggi (cm) 1 0 72 2 2 66 3 4 57,8 4 6 48,8 5 8 41,5 6 10 32,5 7 12 24,5 8 14 17 9 16 10 10 18 9,5 11 20 9 12 22 8,5 13 24 8,5 14 26 8,5 15 28 8,5 16 30 8,5 17 32 8,5
Gambar 3.2.1 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co=35gr/lt; Zo=72 cm (Tabung Besar)
17
Data percobaan didapat dengan mengamati tinggi batas bening keruh didalam tabung pada selang waktu tertentu maka terlihat bahwa tinggi endapan akan semakin tinggi dan fluida yang ada diatas endapan akan terlihat lebih bening. Dari data yang didapat dengan mencatat tinggi batas bening keruh setiap dua menit maka dapat dibuat grafik dengan persamaan y= 64,317e-0,0792X, dengan persen kesalahan 29,82 %. Persen keselahan tersebut diakibatkan dari pengamatan tinggi batas bening keruh yang kurang tepat dan pengadukan yang kurang sempurna sebelum slurry tersebut dimasukkan kedalam tabung. 3.2.2 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co = 35 gr/lt; Zo=76 cm (Tabung Kecil) Tabel 3.2.2 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co=35 gr/lt; Zo=76 cm (Tabung Kecil) No. Waktu (detik) Tinggi (cm) 1 0 76 2 2 71,5 3 4 67 4 6 62 5 8 57,6 6 10 52,5 7 12 48 8 14 44 9 16 40 10 18 36 11 20 32,5 12 22 29,7 13 24 27,5 14 26 26,2 15 28 24,8 16 30 23,7 17 32 23
18
Gambar 3.2.2 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co=35 gr/lt; Zo=76 cm (Tabung Kecil)
Data percobaan didapat dengan mengamati tinggi batas bening keruh didalam tabung pada selang waktu tertentu maka terlihat bahwa tinggi endapan akan semakin tinggi dan fluida yang ada diatas endapan akan terlihat lebih bening. Dari data yang didapat dengan mencatat tinggi batas bening keruh setiap dua menit maka dapat dibuat grafik dengan persamaan y = 77,287e-0,0407X, dengan persen kesalahan 2,93%. Persen keselahan tersebut diakibatkan dari pengamatan tinggi batas bening keruh yang kurang tepat dan pengadukan yang kurang sempurna sebelum slurry tersebut dimasukkan kedalam tabung.
19
3.2.3 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co = 45 gr/lt; Zo=73 cm (Tabung Besar) Tabel 3.2.3 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co=45 gr/lt; Zo=73 cm (Tabung Besar) No. Waktu (detik) Tinggi (cm) 1 0 73 2 2 67 3 4 60 4 6 50,2 5 8 43 6 10 35,5 7 12 27 8 14 19 9 16 11,5 10 18 11 11 20 10.5 12 22 10,4 13 24 10 14 26 9,8 15 28 9,6 16 30 9,6 17 32 9,6 18 34 9,6 19 36 9,6
20
Gambar 3.2.3 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co=45 gr/lt; Zo=73 cm (Tabung Besar)
Data percobaan didapat dengan mengamati tinggi batas bening keruh didalam tabung pada selang waktu tertentu maka terlihat bahwa tinggi endapan akan semakin tinggi dan fluida yang ada diatas endapan akan terlihat lebih bening. Dari data yang didapat dengan mencatat tinggi batas bening keruh setiap dua menit maka dapat dibuat grafik dengan persamaan y = 59,229e-0,0645X, dengan persen kesalahan 30,40 %. Persen keselahan tersebut diakibatkan dari pengamatan tinggi batas bening keruh yang kurang tepat dan pengadukan yang kurang sempurna sebelum slurry tersebut dimasukkan kedalam tabung.
21
3.2.4 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co = 45 gr/lt; Zo=70 cm (Tabung Kecil) Tabel 3.2.4 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co=45 gr/lt; Zo=70 cm (Tabung Kecil) No. Waktu (detik) Tinggi (cm) 1 0 70 2 2 66,5 3 4 59,5 4 6 58 5 8 54,3 6 10 50,6 7 12 47 8 14 44 9 16 41 10 18 38,5 11 20 36,5 12 22 34,5 13 24 33 14 26 31,5 15 28 30,5 16 30 30 17 32 30 18 34 30
22
Gambar 3.2.4 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co=45gr/lt; Zo=70 cm (Tabung Kecil)
Data percobaan didapat dengan mengamati tinggi batas bening keruh didalam tabung pada selang waktu tertentu maka terlihat bahwa tinggi endapan akan semakin tinggi dan fluida yang ada diatas endapan akan terlihat lebih bening. Dari data yang didapat dengan mencatat tinggi batas bening keruh setiap dua menit maka dapat dibuat grafik dengan persamaan y = 66,264e-0,027X, dengan persen kesalahan 4,17 %.Persen keselahan tersebut diakibatkan dari pengamatan tinggi batas bening keruh yang kurang tepat dan pengadukan yang kurang sempurna sebelum slurry tersebut dimasukkan kedalam tabung.
23
3.2.5 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co = 55 gr/lt; Zo=74 cm (Tabung Besar) Tabel 3.2.5 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co=55 gr/lt; Zo=74 cm (Tabung Besar) No. Waktu (detik) Tinggi (cm) 1 0 74 2 2 67,5 3 4 61 4 6 54 5 8 46 6 10 41 7 12 33,5 8 14 27 9 16 20 10 18 14 11 20 13 12 22 12 13 24 11,5 14 26 11,2 15 28 11 16 30 10,8 17 32 10,6 18 34 10,3 19 36 9,8 20 38 9,5 21 40 9,2 23 42 9,1
24
Gambar 3.2.5 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co=55 gr/lt; Zo=74 cm (Tabung Besar)
Data percobaan didapat dengan mengamati tinggi batas bening keruh didalam tabung pada selang waktu tertentu maka terlihat bahwa tinggi endapan akan semakin tinggi dan fluida yang ada diatas endapan akan terlihat lebih bening. Dari data yang didapat dengan mencatat tinggi batas bening keruh setiap dua menit maka dapat dibuat grafik dengan persamaan y = 60,271e-0,0546X, dengan persen kesalahan 23,40%. Persen keselahan tersebut diakibatkan dari pengamatan tinggi batas bening keruh yang kurang tepat dan pengadukan yang kurang sempurna sebelum slurry tersebut dimasukkan kedalam tabung.
25
3.2.6 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co = 55 gr/lt; Zo=80 cm (Tabung Kecil) Tabel 3.2.6 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co=55 gr/lt; Zo=80 cm (Tabung Kecil) No. Waktu (detik) Tinggi (cm) No. Waktu (detik) Tinggi (cm) 1 33 0 80 64 30,1 2 34 2 77 66 29,8 3 35 4 75 68 29,4 4 36 6 72,3 70 29 5 37 8 69 72 28,7 6 38 10 66 74 28,4 7 39 12 64 76 28,2 8 40 14 67,8 78 28,1 9 16 59,5 10 18 57 11 20 54,8 12 22 53 13 24 50,5 14 26 49,5 15 28 47,5 16 30 46 17 32 45,5 18 34 43,5 19 36 42 20 38 41 21 40 40 22 42 39 23 44 38 24 46 37 25 48 36,2 26 50 35,8 27 52 34,8 28 54 34 29 56 33,5 30 58 32,7 31 60 31,8 32 62 30,9
26
Gambar 3.2.6 Hubungan antara Waktu dan Tinggi Batas Bening Keruh pada Co=55gr/lt; Zo=80 cm (Tabung Kecil)
Data percobaan didapat dengan mengamati tinggi batas bening keruh didalam tabung pada selang waktu tertentu maka terlihat bahwa tinggi endapan akan semakin tinggi dan fluida yang ada diatas endapan akan terlihat lebih bening. Dari data yang didapat dengan mencatat tinggi batas bening keruh setiap dua menit maka dapat dibuat grafik dengan persamaan y= 73,989e-0,0139X, dengan persen kesalahan 4,43 %. Persen keselahan tersebut diakibatkan dari pengamatan tinggi batas bening keruh yang kurang tepat dan pengadukan yang kurang sempurna sebelum slurry tersebut dimasukkan kedalam tabung.
3.3 Hubungan antara VL dengan CL
27
3.3.1 Pada Co = 35 gr/lt ; Zo = 72 cm (tabung besar) Tabel 3.3.1 Garis singgung pada Co = 35 gr/lt ; Zo = 72 cm (tabung besar) No. Zi ZL L CL=X VL ln VL=Y X2 1 50 10,5 15,6 50,4 2,5320 0,9290 2540,16 2 40 10 16 63 1,875 0,6286 3969 3 20 9 16,4 126 0,6707 -0,3994 15876 Σ 239,4 1,1582 22385,16
X.Y 46,8231 39,6023 -50,3226 36,1028
Gambar 3.3.1 Grafik Garis Singgung pada Co = 35 gr/lt ; Zo = 72 cm (Tabung Besar) Tabel 3.3.1 diperoleh dengan menarik garis singgung pada tiga titik optimum yang terdapat pada grafik hubungan antara waktu dan tinggi batas bening keruh,kemudian dapat ditentukan nilai VL dan CL pada masing-masing titik optimum tersebut. Titik optimum ditentukan pada titik dimana sebelum tinggi endapan relatif konstan. Dengan pendekatan least square diperoleh hubungan antara VL dengan CL : CL = 5,7893e 0 , 0172 (VL ) 3.3.2 Pada Co = 35 gr/lt; Zo = 76 cm (tabung kecil) 28
Tabel 3.3.2 Garis singgung pada Co = 35 gr/lt ; Zo = 76 cm (tabung besar) L CL=X No. Zi ZL VL ln VL=Y X2 1 40 23 30 63 0,5667 -0,5679 3969 2 35 22 31 72 0,4193 -0,8690 5184 3 30 21,5 31,75 84 0,2677 -1,3178 7056 Σ 219 -2,7547 16209
X.Y -35,783 -62,5707 -110,697 -209,051
Gambar 3.3.2 Grafik Garis Singgung pada Co = 35 gr/lt ; Zo = 76 cm (Tabung Kecil) Tabel 3.3.2 diperoleh dengan menarik garis singgung pada tiga titik optimum yang terdapat pada grafik hubungan antara waktu dan tinggi batas bening keruh,kemudian dapat ditentukan nilai VL dan CL pada masing-masing titik optimum tersebut. Titik optimum ditentukan pada titik dimana sebelum tinggi endapan relatif konstan. Dengan pendekatan least square diperoleh hubungan antara VL dengan CL : CL = 5,4466e 0, 0358 (VL )
3.3.3 Pada Co = 45 gr/lt ; Zo = 73 cm (tabung besar)
29
Tabel 3.3.3 Garis singgung pada Co = 45 gr/lt ; Zo = 73 cm (tabung besar) No. Zi ZL L CL=X VL ln VL=Y X2 1 30 10,5 16 109,5 1,2187 0,1978 11990,25 2 20 10,4 16,5 164,25 0,5818 -0,5416 26978,06 3 13 10 20 252,6923 0,15 -1,8971 63853,4 Σ 526,4423 -2,2408 102821,7
X.Y 21,6619 -88,9574 -479,388 -546,683
Gambar 3.3.3 Grafik Garis Singgung pada Co = 45 gr/lt ; Zo = 73 cm (Tabung Besar) Tabel 3.3.3 diperoleh dengan menarik garis singgung pada tiga titik optimum yang terdapat pada grafik hubungan antara waktu dan tinggi batas bening keruh,kemudian dapat ditentukan nilai VL dan CL pada masing-masing titik optimum tersebut. Titik optimum ditentukan pada titik dimana sebelum tinggi endapan relatif konstan. Dengan pendekatan least square diperoleh hubungan antara VL dengan CL : CL = 6,2463 0, 0147 (VL )
3.3.4 Pada Co = 45 gr/lt ; Zo = 70 cm (tabung kecil)
30
Tabel 3.3.4 Garis singgung pada Co = 45 gr/lt ; Zo = 70 cm (tabung kecil) No. 1 2 3 Σ
Zi 50 45 40
ZL 32 30,5 30
L 25 26 27
CL=X 63 70 78,75 211,75
VL 0,72 0,5576 0,3703
ln VL=Y -0,3285 -0,5839 -0,9932 -1,9057
X2 3969 4900 6201,563 15070,56
X.Y -20,6958 -40,8764 -78,2186 -139,791
Gambar 3.3.4 Grafik Garis Singgung pada Co = 45 gr/lt ; Zo = 70 cm (Tabung Kecil) Tabel 3.3.4 diperoleh dengan menarik garis singgung pada tiga titik optimum yang terdapat pada grafik hubungan antara waktu dan tinggi batas bening keruh,kemudian dapat ditentukan nilai VL dan CL pada masing-masing titik optimum tersebut. Titik optimum ditentukan pada titik dimana sebelum tinggi endapan relatif konstan. Dengan pendekatan least square diperoleh hubungan antara VL dengan CL : CL = 10,56e 0 , 0424 (VL )
3.3.5 Pada Co = 55 gr/lt Zo = 74 cm (tabung besar)
31
Tabel 3.3.5 Garis singgung pada Co = 55 gr/lt ; Zo = 74 cm (tabung besar) No. 1 2 3 Σ
Zi 30 20 17
ZL 11 12 13
L
18 20 22
CL=X 135,6667 203,5 239,4118 578,5784
VL 1,0555 0,4 0,1818
ln VL=Y 0,0540 -0,9162 -1,7047 -2,5669
X2 18405,44 41412,25 57317,99 117135,7
X.Y 7,3351, -186,465 -408,137 -587,267
Gambar 3.3.5 Grafik Garis Singgung pada Co = 55 gr/lt ; Zo = 74 cm (Tabung Besar) Tabel 3.3.5 diperoleh dengan menarik garis singgung pada tiga titik optimum yang terdapat pada grafik hubungan antara waktu dan tinggi batas bening keruh,kemudian dapat ditentukan nilai VL dan CL pada masing-masing titik optimum tersebut. Titik optimum ditentukan pada titik dimana sebelum tinggi endapan relatif konstan. Dengan pendekatan least square diperoleh hubungan antara VL dengan CL : CL = 10,46e 0, 0166 (VL )
3.3.6 Pada Co = 55 gr/lt ; Zo = 80 cm (tabung kecil)
32
Tabel 3.3.6 Garis singgung pada Co = 55 gr/lt ; Zo = 80 cm (tabung kecil) No. 1 2 3 Σ
Zi 50 45 40
ZL 31 30 29
L 60 64 69
CL=X 88 97,7778 110 295,7778
VL 0,3166 0,2343 0,1594
ln VL=Y -1,1499 -1,4508 -1,8362 -4,4369
X2 7744 9560,494 12100 29404,49
X.Y -101,192 -141,859 -201,983 -445,034
Gambar 3.3.6 Grafik Garis Singgung pada Co = 55 gr/lt ; Zo = 80 cm (Tabung Kecil) Tabel 3.3.6 diperoleh dengan menarik garis singgung pada tiga titik optimum yang terdapat pada grafik hubungan antara waktu dan tinggi batas bening keruh,kemudian dapat ditentukan nilai VL dan CL pada masing-masing titik optimum tersebut Titik optimum ditentukan pada titik dimana sebelum tinggi endapan relatif konstan. Dengan pendekatan least square diperoleh hubungan antara VL dengan CL : CL = 4,9433e 0 , 0312 (VL )
BAB IV
33
KESIMPULAN
1. Kecepatan sedimentasi dipengaruhi oleh konsentrasi, dimana makin besar konsentrasi maka kecepatan sedimentasi semakin lambat. 2. Semakin lama waktu sedimentasi, maka kecepatan sedimentasi semakin lambat. 3. Semakin besar diameter tabung, maka kecepatan sedimentasi akan semakin cepat, dan waktu pengendapanya akan semakin lama. 4. Dari hasil percobaan diperoleh hubungan antara waktu dengan tinggi bidang batas bening keruh yang dinyatakan dengan persamaan untuk masing-masing konsentrasi dan jenis tabung. Dari hasil percobaan, didapatkan hasil sebagai berikut : •Untuk hubungan antara bidang batas bening keruh (z) dengan waktu ( ) Konsentrasi Tabung besar Tabung kecil (g/l) Persamaan % salah Persamaan % salah 35
Z=66,317e-0.0792
29,82 %
45
Z=59,229e-0.0645 Z=60,271e-0.0546
30,40 %
55
Z=77,87e-0.0407 Z=66,264e-0.027 Z=73,989e-0.0139
23,40 %
2,93 % 4,17 % 4,43 %
•Untuk hubungan antara kecepatan sedimentasi pada setiap konsentrasi (V L) dan konsentrasi padatan setiap saat (CL): Konsentrasi Tabung beser Tabung kecil (gr/l) Persamaan Persamaan 35 45
CL=5,7893e-0.0172(VL) CL=6,2463e-0,0147(VL) CL=10,46e-0,166(VL)
CL=5,4466e-0,0358(VL) CL= 10,56e-0,0424(VL) CL=4,9433e-0.0312(VL)
55 DAFTAR PUSTAKA
34
Brown, G.G., 1978, “Unit Operations”, pp 110-114, Modern Asia Edition, John Wiley & Sons, Inc, Tokyo. Foust,A.S,1959,”Principles of Unit Operation”, 2nd ed,p.p.629-633, John Wiley and Sons, Inc, New York.
35
