LAPORAN PRAKTIKUM LABORATORIUM TEKNIK KIMIA 1
Tangki Berpengaduk (Stir ) ti r r ed Tank
Oleh: Kelompok I KELAS A Ella Awaltanova
1107111628
Gede Indra LW
1107114312
Nur Khairiati
1107114208
Rahmad Rasyidin
1107114272
Sastra Silvester G
1107114148
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA S1 FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU PEKANBARU 2013
ABSTRAK Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan dari bahan yang diaduk seperti molekul-molekul, zat-zat yang bergerak atau komponennya menyebar (terdispersi).Tujuan dari praktikum ini adalah menentukan pola-pola aliran yang terjadi dalam tangki berpengaduk, menjelaskan pengaruh penggunaan sekat dan tanpa sekat pada pola aliran yang ditimbulkan, menghitung kebutuhan daya yang diperlukan untuk suatu operasi pencampuran dan menentukan karakteristik daya pengaduk.Variabel yang digunakan dalam praktikum ini adalah jenis pengaduk (propeller, paddle, dan turbin), tangki berpenyekat dan tangki tanpa penyekat. Dari percobaan didapatkan hasil, pada pengaduk paddle pola aliran yang dihasilkan adalah pola aliran radial sedangkan pada pengaduk propeller pola aliran yang dihasilkan adalah pola aliran aksial. Hubungan antara kecepatan pengaduk dengan daya adalah berbanding lurus. Besarnya daya bergantung pada bentuk impeller, kecepatan putar dan sifat fisis fluida. Besarnya daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan impeller juga dipengaruhi oleh perbandingan lebar daun impeller dengan diameternya, serta besar daya yang dibutuhkan pada sistem tangki tanpa sekat lebih besar daripada sistem tangki bersekat.
Kata kunci : Daya, impeller, pola aliran,, tangki berpengaduk
BAB II METODOLOGI PERCOBAAN
2.1 Bahan
1. Fluida : Air 2. Potongan-potongan kertas plastik merah 2.2 Alat
1. Satu unit tangki berpengaduk 2. Impeller : propeller, paddle dan turbin 3. Sekat 2.3 Prosedur Percobaan 2.3.1
Penentuan Pola Aliran Fliuda
1. Tangki diisi dengan air hingga ketinggian 30 cm dari dasar tangki. 2. Pengaduk dipasang pada posisi yang tersedia pada batang poros tangki pengaduk. 3. Motor pengaduk dihidupkan. 4. Kecepatan putar motor diatur dengan penambahan kecepatan yang tidek terlalu besar (sekitar 25 rpm). 5. Gerakan fluida (air) di dalam tangki diamati, sampai terlihat pusaran air yang membentuk vorteks pada permukaan air. 6. Sejumlah potongan kertas ditambahkan (dimasukkan) ke dalam tangki. 7. Pola aliran yang terbentuk diamati dan digambar. 2.3.2
Penentuan Karakteristik Daya Pengaduk
1. Tangki diisi dengan fluida air hingga ketinggian 30 cm dari dasar tangki. 2. Pengaduk yang telah ditentukan, dipasang pada posisi yang tersedia. 3. Klem penyetel neraca pegas dikendorkan sehingga memungkinkan dynamometer dapat bebas bergerak.
4. Posisi kedudukan dinamometer diatur pada posisi netral. Jika dianggap perlu, bar setting dapat dipakai untuk mengatur tegangan pegas. 5. Panjang tali (pada pegas) diatur sehingga posisi indicator/penunjuk garis dengan tanda (garis putih) dan selubung pegas pada posisi netral. 6. Laju putaran motor diatur, dengan memutar pengatur kecepatan motor pada panel kendali, dengan kenaikan yang tetap. 7. Catat perubahan daya setiap kenaikan putaran. 8. Ulangi prosedur untuk jenis pengduk yang lain atau yang telah ditentukan.
BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Hasil Pengamatan 3.1.1. Percobaan 1 : Penentuan Pola Aliran Tabel 1. Pola Aliran Dalam Tangki Berpengaduk Jenis Impeller
Propeller
Paddle
Turbin
Gambar Impeller
Sketsa Pola Aliran
3.1.2. Percobaan 2 : Penentuan Karakteristik Daya Pengaduk
1. Propeller a. Propeller tanpa sekat 3 = 1000 Kg/m = 0.0014 Kg/m s D = 0.014 m Tabel 2. Data Penentuan Karakteristik Daya Pengaduk Propeller Tanpa Sekat Pengamatan
Laju Putaran (rpm)
Laju Putaran, ῳ (rad/detik)
1
25
0,416666667
0
0
0
0
10971,42857
2
50
0,833333333
0
0
0
0
21942,85714
3
75
1,25
0
0
0
0
32914,28571
4
100
1,666666667
0
0
0
0
43885,71429
5
125
2,083333333
0
0
0
0
54857,14286
6
150
2,5
0
0
0
0
65828,57143
7
175
2,916666667
0
0
0
0
76800
8
200
3,333333333
0
0
0
0
87771,42857
9
225
3,75
0
0
0
0
98742,85714
10
250
4,166666667
0
0
0
0
109714,2857
11
275
4,583333333
0
0
0
0
120685,7143
12
300
5
0
0
0
0
131657,1429
Gaya, F (N)
Torque, T (Nm2)
Daya, W (watts)
Power Number (Po)
Reynold Number (Re)
b. Propeller dengan sekat 3 = 1000 Kg/m = 0.0014 Kg/m s D = 0.014 m Tabel 3. Data Penentuan Karakteristik Daya Pengaduk Propeller Dengan Sekat Pengamatan
Laju Putaran (rpm)
Laju Putaran, ῳ (rad/detik)
1
25
0,416666667
0
0
0
0
10971,42857
2
50
0,833333333
0
0
0
0
21942,85714
3
75
1,25
0
0
0
0
32914,28571
4
100
1,666666667
0
0
0
0
43885,71429
5
125
2,083333333
0
0
0
0
54857,14286
6
150
2,5
0
0
0
0
65828,57143
7
175
2,916666667
0
0
0
0
76800
8
200
3,333333333
0
0
0
0
87771,42857
9
225
3,75
0
0
0
0
98742,85714
10
250
4,166666667
0
0
0
0
109714,2857
11
275
4,583333333
0
0
0
0
120685,7143
12
300
5
0
0
0
0
131657,1429
Gaya, F (N)
Torque, T (Nm-2)
Daya, W (watts)
Power Number (Po)
Reynold Number (Re)
2. Paddle a. Paddle tanpa sekat 3 = 1000 Kg/m = 0.0014 Kg/m s D = 0.204 m Tabel 4. Data Penentuan Karakteristik Daya Pengaduk Paddle Tanpa Sekat Laju Pengamatan Putaran (rpm)
Laju Putaran, ῳ (rad/detik)
Gaya, F (N)
Torque, T (Nm-2)
Power Number (Po)
Daya, W (watts)
Reynold Number (Re)
1
25
0,416666667
0
0
0
0
12385,71429
2
50
0,833333333
0
0
0
0
24771,42857
3
75
1,25
0
0
0
0
37157,14286
4
100
1,666666667
0
0
0
0
49542,85714
5
125
2,083333333
0,03
0,0033
0,006875
8,95583E-05
61928,57143
6
150
2,5
0,22
0,0242
0,0605
0,000456084
74314,28571
7
175
2,916666667
1
0,11
0,320833333
0,001523101
86700
8
200
3,333333333
1,3
0,143
0,476666667
0,001515961
99085,71429
9
225
3,75
1,73
0,1903
0,713625
0,001593991
111471,4286
10
250
4,166666667
1,73
0,1903
0,792916667
0,001291132
123857,1429
11
275
4,583333333
1,73
0,1903
0,872208333
0,001067052
136242,8571
12
300
5
1,73
0,1903
0,9515
0,00089662
148628,5714
b. Paddle dengan sekat 3 = 1000 Kg/m = 0.0014 Kg/m s D = 0.204 m Tabel 5. Data Penentuan Karakteristik Daya Pengaduk Paddle Dengan Sekat Pengamatan
Laju Putaran (rpm)
Laju Putaran, ῳ (rad/detik)
Gaya, F (N)
Torque, T (Nm-2)
Power Number (Po)
1
25
0,416666667
0
0
0
0
12385,71429
2
50
0,833333333
0
0
0
0
24771,42857
3
75
1,25
0,6
0,066
0,0825
0,004975462
37157,14286
4
100
1,666666667
1,7
0,187
0,311666667
0,007929642
49542,85714
5
125
2,083333333
1,73
0,1903
0,396458333
0,005164529
61928,57143
6
150
2,5
1,73
0,1903
0,47575
0,003586479
74314,28571
7
175
2,916666667
1,73
0,1903
0,555041667
0,002634964
86700
8
200
3,333333333
1,73
0,1903
0,634333333
0,002017394
99085,71429
9
225
3,75
1,73
0,1903
0,713625
0,001593991
111471,4286
10
250
4,166666667
1,73
0,1903
0,792916667
0,001291132
123857,1429
11
275
4,583333333
1,73
0,1903
0,872208333
0,001067052
136242,8571
12
300
5
1,73
0,1903
0,9515
0,00089662
148628,5714
Daya, W (watts)
Reynold Number (Re)
3. Turbin a. Turbin tanpa sekat 3 = 1000 Kg/m = 0.0014 Kg/m s D = 0.12 m Tabel 6. Data Penentuan Karakteristik Daya Pengaduk Turbin Tanpa Sekat Laju Pengamatan Putaran (rpm)
Laju Putaran, ῳ (rad/detik)
Gaya, F (N)
Torque, 2 T (Nm- )
Daya, W (watts)
Power Number (Po)
Reynold Number (Re)
1
25
0,416666667
0
0
0
0
4285,714286
2
50
0,833333333
0
0
0
0
8571,428571
3
75
1,25
0
0
0
0
12857,14286
4
100
1,666666667
0
0
0
0
17142,85714
5
125
2,083333333
0
0
0
0
21428,57143
6
150
2,5
0
0
0
0
25714,28571
7
175
2,916666667
0
0
0
0
30000
8
200
3,333333333
0
0
0
0
34285,71429
9
225
3,75
0
0
0
0
38571,42857
10
250
4,166666667
0
0
0
0
42857,14286
11
275
4,583333333
0,03
0,0033
0,015125
9,09091E-05
47142,85714
12
300
5
0,2
0,022
0,11
0,000509259
51428,57143
b. Turbin dengan sekat 3 = 1000 Kg/m = 0.0014 Kg/m s D = 0.12 m Tabel 7. Data Penentuan Karakteristik Daya Pengaduk Turbin Dengan Sekat Laju Laju Power Gaya, F Torque, T Daya, W Pengamatan Putaran Putaran, ῳ Number (N) (Nm-2) (watts) (rpm) (rad/detik) (Po)
Reynold Number (Re)
1
25
0,416666667
0
0
0
0
4285,714286
2
50
0,833333333
0
0
0
0
8571,428571
3
75
1,25
0
0
0
0
12857,14286
4
100
1,666666667
0
0
0
0
17142,85714
5
125
2,083333333
0
0
0
0
21428,57143
6
150
2,5
0
0
0
0
25714,28571
7
175
2,916666667
0,02
0,0022
0,006416667
0,00014966
30000
8
200
3,333333333
0,5
0,055
0,183333333
0,002864583
34285,71429
9
225
3,75
0,7
0,077
0,28875
0,003168724
38571,42857
10
250
4,166666667
0,85
0,0935
0,389583333
0,003116667
42857,14286
11
275
4,583333333
0,95
0,1045
0,478958333
0,002878788
47142,85714
12
300
5
1,45
0,1595
0,7975
0,00369213
51428,57143
3.2.
Pembahasan
3.2.1. Pola Aliran
Sistem tangki berpengaduk yang digunakan dalam percobaan ini merupakan tangki silinder tegak. Tangki ini memiliki tinggi (Z) 42,3 cm yang dihitung dari dasar tangki hingga bagian paling atas tangki. Diameter tangki (Dt) memiliki garis tengah 30 cm. Impeller dipasang pada jarak (E) 13,5 cm dari dasar tangki. Lebar impeller (W) dan diameter impeller (Da) bergantung pada tipe impeller yang digunakan. Fluida yang digunakan adalah air. Fluida diisi hingga ketinggian (H) 30 cm. Penyekat atau baffle yang digunakan terdiri atas empat lempeng batang yang terpasang dalam satu kesatuan. Lebar dari keempat baffle ini adalah 2,5 cm.
j
H
Da
E
Dt
Gambar 3.2.1. Dimensi Tangki Berpengaduk
Keterangan Gambar: Dt
: Diameter tangki = 30 cm
H
: Tinggi Fluida = 30 cm
J
: Lebar sekat = 2,5 cm
Z
: Tinggi Tangki = 42,3 cm
W
: Lebar Pengaduk
Da
: Diameter Pengaduk
E
: Jarak pengaduk ke dasar tangki = 13,5 cm
L
: Panjang Pengaduk Dari percobaan dapat dilihat pola sirkulasi yang dibangkitkan dari semua
impeller, yaitu :
1. Propeller Pada propeler pola aliran atau sirkulasi fluida timbul dari dasar, kemudian bergerak ke sisi, dan selanjutnya ke atas. Untuk tangki bersekat sirkulasi fluida lebih besar dan kasar. Jika dilihat dari atas terlihat aliran yang acak. 2. Paddle Umumnya pola sirkulasi yang dibangkitkan pada impeller jenis paddle adalah radial. Hal yang mempengaruhi pola sirkulasi pada paddle adalah lebar daun paddle. Untuk paddle dengan sekat, pola sirkulasi yang dibangkitkan relatif sama dengan paddle tanpa sekat. Namun pada paddle tanpa sekat vorteks timbul dengan cepat dibanding dengan paddle yang menggunakan sekat. Sekat berfungsi sebagai pencegah timbulnya vorteks yang terjadi pada fluida yang diaduk. 3. Turbin Pola sirkulasi yang terbentuk pada turbin adalah radial. Sirkulasi fluida terbentuk dari daun turbin kemudian bergerak ke arah sisi tangki. Bergerak di dinding, dan membelok ke atas dan ke dasar tangki. Pada kecepatan pengadukan yang tinggi, terjadi vorteks pada aliran. 3.2.2.Penentuan Karakteristik Daya Pengaduk 3.2.2.1. Hubungan antara Kecepatan Pengaduk dengan Npo untuk Tipe Pengaduk Propeller , Paddle , dan Turbin dalam Tangki Tanpa Sekat
Pada gambar 3.2. dapat dilihat hubungan antara kecepatan pengaduk dengan NPo untuk tipe pengaduk propeller, paddle, dan turbin dalam tangki tanpa sekat.
Gambar 3.2. Kurva Kecepatan Putaran Pengaduk Vs NPo Impeller tanpa
sekat
Berdasarkan Gambar 3.2, dapat dilihat bahwa antara kecepatan pengaduk dan NPo dari tipe pengaduk jenis paddle, dan turbin terjadi kenaikan. Semakin tinggi nilai kecepatan pengaduk, maka semakin tinggi pula nilai NPo dari masingmasing pengaduk. Sedangkan untuk jenis impeller yang menghasilkan NPo yang paling besar adalah paddle. Hal ini dikarenakan perbandingan lebar daun pengaduk dengan diameternya yang lebih besar daripada tipe pengaduk lainnya. Semakin besar perbandingan lebar daun pengaduk dengan diametern ya, daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan
impeller akan semakin besar, sehingga
menghasilkan NPo yang besar juga. Secara umum, untuk mendapatkan kecepatan pengaduk yang besar, dapat dilakukan dengan memperbesar kecepatan putar dari masing-masing pengaduk. 3.2.2.2. Hubungan antara Kecepatan Pengaduk dengan Npo untuk Tipe Pengaduk Propeller , Paddle , dan Turbin dalam Tangki Bersekat
Gambar 3.3. Kurva Kecepatan Putaran Pengaduk Vs Npo Impeller dengan sekat
Berdasarkan Gambar 3.3, dapat dilihat bahwa antara kecepatan pengaduk dan NPo dari tipe pengaduk jenis paddle, dan turbin terjadi kenaikan. Semakin tinggi nilai kecepatan pengaduk, maka semakin tinggi pula nilai NPo dari masingmasing pengaduk. Sedangkan untuk jenis impeller yang menghasilkan NPo yang paling besar adalah paddle yaitu pada kecepatan 100 rpm. Setelah nilai optimum NPo tercapai maka terjadi penurunan nilai NPo pada impeller paddle. Hal ini disebabkan pada kondisi 100 rpm, angka pada alat ukur gaya telah mencapai maksimal. Sehingga, jika kecepatan dinaikkan, gaya yang diperlukan sama
dengan kecepatan 100 rpm, namun aliran yang terbentuk menyebabkan timbulnya vorteks. Dari Gambar 3.2 dan 3.3, dapat dilihat bahwa tangki yang menggunakan sekat, nilai bilangan daya (power)-nya lebih besar dibandingkan dengan tangki tanpa sekat. Besarnya bilangan daya (power) disebabkan karena pada tangki bersekat, daya yang digunakan lebih besar dan dipengaruhi oleh daun sekat sehingga memperlambat pengadukan. 3.2.2.3. Hubungan antara Kecepatan Pengaduk dengan NRe untuk Tipe Pengaduk Propeller , Paddle , dan Turbin dalam Tangki Tanpa Sekat
Gambar 3.4. Kurva Kecepatan Putaran Pengaduk Vs NRe Impeller tanpa Sekat
Dari Gambar 3.4, dapat dilihat bahwa antara kecepatan pengaduk dan NRe dari tipe pengaduk jenis propeller, paddle dan turbin terjadi kenaikan linier. Semakin tinggi nilai kecepatan pengaduk, maka semakin tinggi pula nilai NRe dari
masing-masing
pengaduk.
Sedangkan
untuk
jenis
impeller
yang
menghasilkan NRe yang paling besar adalah paddle. Hal ini dikarenakan diameternya yang lebih besar daripada tipe pengaduk lainnya. Semakin besar diameter pengaduknya, NRe yang didapat akan semakin besar. NRe yang didapat pada jenis impeller dalam tangki tidak berpenyekat yaitu lebih besar dari 1 x104. Angka tersebut menunjukkan pola aliran yang terbentuk adalah aliran turbulen yang ditandai dengan adanya vorteks di sekitar pengaduk.
3.2.2.4. Hubungan antara Kecepatan Pengaduk dengan NRe untuk Tipe Pengaduk Propeller , Paddle , dan Turbin dalam Tangki Bersekat
Gambar 3.5. Kurva Kecepatan Putaran Pengaduk Vs NRe Impeller tanpa Sekat
Dari Gambar 3.5, dapat dilihat bahwa antara kecepatan pengaduk dan NRe dari tipe pengaduk jenis propeller, paddle dan turbin terjadi kenaikan linier. Semakin tinggi nilai kecepatan pengaduk, maka semakin tinggi pula nilai NRe dari
masing-masing
pengaduk.
Sedangkan
untuk
jenis
impeller
yang
menghasilkan NRe yang paling besar adalah paddle. Hal ini dikarenakan diameternya yang lebih besar daripada tipe pengaduk lainnya. Semakin besar diameter pengaduknya, NRe yang didapat akan semakin besar. NRe yang didapat pada jenis impeller dalam tangki tidak berpenyekat yaitu lebih besar dari 1 x10 4. Angka tersebut menunjukkan pola aliran yang terbentuk adalah aliran turbulen yang ditandai dengan adanya vorteks di sekitar pengaduk.
BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN 4.1 Kesimpulan
1. Pengadukan dengan menggunakan impeller yang berbeda menghasilkan pola aliran yang berbeda. Paddle menghasilkan pola aliran radial, propeller menghasilkan pola aliran axial, dan turbin menghasilkan pola aliran tangensial. 2. Hubungan kecepatan pengadukan
berbanding lurus dengan daya yang
dibutuhkan, yaitu semakin besar kecepatan pengadukan, maka semakin 3. Besarnya daya bergantung pada bentuk impeller dan kecepatan putar. Ini terbukti dengan semakin besarnya ukuran impeller yang digunakan maka daya yang diperlukan akan semakin besar.
4.2 Saran
1. Hati-hati memasang motor dengan tangki pengaduknya 2. Dalam mengamati gaya yang terbaca pada bar setting sebaiknya teliti.
LAMPIRAN A CONTOH PERHITUNGAN A. Pengukuran Dimensi Alat
1. Tangki Diameter tangki
= 28,7 cm
Tinggi tangki
= 42.3 cm
Volume tangki
=27,12 L
2. Impeller
Propeller Jumlah daun pengaduk
: 3 buah
Diameter
: 0.014 m
Paddle Jumlah daun
: 2 buah
Diameter
: 0,204 m
Panjang daun pengaduk
: 0,061 m
Lebar daun pengaduk
: 0,021 m
Turbin Diameter
: 0,12 m
B. Contoh Perhitungan Menentukan Karakteristik Daya Pengaduk
Misalkan pada paddle. a) Laju Putaran, ω rad
2 3.14 s 7,85 rad 75 rpm = 75 s 60 rpm
b) Torque, T (Nm) T = Gaya (F) 0.11 0,6 0.11 0,066 Nm-2
c) Daya, P (Watt) P = T 0,066 Nm 7,85 -2
rad s
0,5181Watt
d) Bilangan Daya N Po
P 3
N D
5
=
0,5181watt
rad 1000 kg 7,85 3 s m
3
3 0,204 m
1,261 x10 4
e) Bilangan Reynold
N Re
ND
1000
2
=
kg rad 2 7,85 0.204m m s 233346,85 kg 0,0014 m.s
Catatan : cara perhitungan setiap data dihitung dengan cara yang sama.
