AGITASI PENDAHULUAN SISTEM PENGADUKAN JENIS PENGADUK POLA ALIRAN ANGKA ALIRAN KEBUTUHAN DAYA KORELASI DAYA PENCAMPURAN CONTOH SOAL

Bangga sebagai insinyur teknik kimia

D e f i n i s i Agitasi atau pengadukan adalah perlakuan dengan gerakan terinduksi thd suatu bahan di dalam bejana; gerakan tersebut biasanya mempunyai pola tertentu. Perputaran daun pengaduk Sirkulasi dengan pompa Menggelembungkan udara/gas dalam cairan Pencampuran (mixing) adalah peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara acak; bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain dan sebaliknya yang mana bahan-bahan tersebut sebelumnya terpisah dalam dua fasa atau lebih Pengadukan dengan perputaran daun pengaduk dalam sistem zat cair

Tujuan Agitasi MEMBUAT SUSPENSI DENGAN PARTIKEL ZAT PADAT Tepung Pati – Air MERAMU ZAT CAIR YANG MAMPU CAMPUR (MISCIBLE) Etanol – Air MENDISPERSIKAN GAS DALAM ZAT CAIR BERUPA GELEMBUNG-GELEMBUNG KECIL Udara – Air MENDISPERSIKAN ZAT CAIR YANG TIDAK MAMPU CAMPUR (IMMISCIBLE) SEHINGGA MEMBENTUK EMULSI Minyak – Air MEMPERCEPAT PERPINDAHAN KALOR ANTARA ZAT CAIR DENGAN MEDIA PENDINGIN ATAU PEMANAS Cairan reaksi – Air Pendingin PERTUMBUHAN KRISTAL Gula - Air

SISTEM AGITASI

Agitator Selection The type of mixing required The capacity of the vessel The properties of fluid (viscosity)

Kebutuhan Daya The type of mixing required The capacity of the vessel The properties of fluid (viscosity) GEOMETRI Dimensi tangki Penempatan pengaduk

SISTEM AGITASI Motor Daun Pengaduk (Impeller) Tangki / Bejana Baffle JIKA KEDALAMAN CAIRAN CUKUP TINGGI DAPAT DIPASANG DUA IMPELLER

JENIS PENGADUK ALIRAN BENTUK Impeler aliran aksial, yaitu membangkitkan arus yang arahnya sejajar dengan sumbu impeler Impeler aliran radial, yaitu membangkitkan arus yang arahnya radial atau tangensial dengan sumbu impeler BENTUK Propeler Dayung (paddle) Turbin

Bentuk Impeller

Bentuk Impeller

Bentuk Impeller Horizontal plate to which the impeller blades of this turbine are attached Three-bladed mixing propeller turbine with flat vertical blades Turbine with blades are inclined 45o Curved blade turbines Shrouded turbines

Bentuk Impeller Flat plate impellers with saw tooth edges Anchor paddles Cage beaters Hollow shaft and hollow impeller shrouded screw impeller and heat exchange coil Gatepaddles

P R O P E L E R Merupakan impeler aliran aksial berkecepatan tinggi Untuk zat cair dengan viskositas rendah Rpm : 1150–1750 (ukuran kecil); 400–800 (ukuran besar) Arus cairan meninggalkan propeler secara aksial sampai dibelokkan oleh lantai atau dinding bejana Berputar membuat pola heliks di dalam cairan Rasio jarak zat cair yang dipindahkan terhadap diameter propeler disebut jarak-bagi (pitch); jarak bagi = 1 disebut square pitch Paling banyak : marine propeller berdaun tiga dan square pitch Diameter propeler biasanya  18 in

P A D D L E Perputaran paddle mendorong zat cair secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya gerakan vertikal Arus bergerak menjauhi pengaduk ke arah dinding, lalu membelok ke atas atau ke bawah Dapat disesuaikan dengan bentuk dasar bejana Rpm : 20 - 150 Panjang paddle : 50 – 80% dari diameter bejana Lebar paddle : 0,10 – 0,25 dari panjangnya Biasanya perlu baffle

T U R B I N Kebanyakan menyerupai agitator paddle berdaun banyak yang agak pendek dan berputar pada kecepatan tinggi Bentuk daun: lurus atau melengkung, dipasang vertikal atau bersudut Diameter: 30 – 50% dari diameter bejana Efektif untuk rentang viskositas yang cukup lebar Arus utama bersifat radial dan tangensial yang akan menimbulkan vorteks dan arus putar, yang biasanya dicegah dengan memasang sekat atau difuser

POLA ALIRAN Ukuran tangki Ukuran baffle Jenis impeller Sifat fluida Posisi impeller Kecepatan putar Jenis impeller Sifat fluida Ukuran impeller

POLA ALIRAN Tiga komponen aliran: radial pada arah tegak lurus poros; longitudinal atau aksial pada arah pararel poros; tangensial atau rotasional pada arah singgung terhadap lintasan lingkar di sekeliling poros Dalam posisi poros vertikal, komponen radial dan tangensial berada pada satu bidang horisontal, sedangkan komponen longitudinal adalah vertikal Komponen radial dan longitudinal sangat aktif dalam memberikan aliran yang diperlukan untuk melakukan pencampuran Terjadinya arus lingkar atau arus putar dapat dicegah dengan salah satu cara berikut: Pergeseran posisi poros pengaduk Pemasangan poros pada sisi tangki Pemasangan baffle

Menghitung Power Pengaduk ? ? ? ? ? ? Menghitung Power Pengaduk

ANGKA ALIRAN U2 = kecepatan pada ujung daun Impeller yang berputar akan menyebabkan terjadinya aliran fluida dengan berbagai arah: U2 = kecepatan pada ujung daun Vu’2 = kecepatan tangensial zat cair Vr’2 = kecepatan radial zat cair V’2 = kecepatan total zat cair U2 = .Da.n Vu’2 = k.U2 Vu’2 = k..Da.n

ANGKA ALIRAN (cont) q = Vr’2.Ap Ap = .Da.W Vr’2 = (U2 – Vu’2) tan  Laju aliran volumetrik melalui impeller (q) adalah: q = Vr’2.Ap Ap = .Da.W Ap = luas silinder yang dibuat oleh sapuan ujung daun impeller Da = diameter impeller W = lebar daun impeller Vr’2 = (U2 – Vu’2) tan  = .Da.n.(1-k) tan  q = 2.Da2.n.W.(1-k) tan 

ANGKA ALIRAN (cont) Angka aliran (NQ) didefinisikan: Propeller kapal (jarak bagi bujur sangkar) : NQ = 0,5 Turbin 4 daun 45o (W/Da = 1/6) : NQ = 0,87 Turbin rata 6 daun (W/Da = 1/5): NQ = 1,3 Pada turbin daun rata terdapat hubungan empiris: q = 0,92.n.Da3.(Dt/Da)

KEBUTUHAN DAYA Bila aliran cairan di dalam tangki adalah turbulen, kebutuhan daya pengaduk dapat diperkirakan dari perkalian aliran yang didapatkan dari impeller (q) dan energi kinetik per satuan volume fluida (Ek): Jika rasio V’2/U2 ditandai dengan  maka V’2 = ..n.Da, sehingga kebutuhan daya adalah:

KEBUTUHAN DAYA (cont) Dalam bentuk tidak berdimensi: Ruas kiri dinamakan angka daya (power number), Np:

KORELASI DAYA Variabel yang berpengaruh terhadap daya pengaduk adalah: Sifat pengaduk : n, Da, W, L Sifat cairan : ,  Percepatan gravitasi : g Tetapan dimensional : gc Faktor geometri : H, E, J, Dt, m Bila faktor bentuk diabaikan dan zat cairnya termasuk fluida Newtonian, maka: P = (n, Da, , , g, gc)

KORELASI DAYA (cont) Dengan metode analisis dimensi, diperoleh: Jika memperhitungkan faktor bentuk, diperoleh: S1 = Da / Dt S2 = E / Da S3 = L / Da S4 = W / Dt S5 = J / Dt S6 = H / Dt

KORELASI DAYA (cont) S1 = Da / Dt S2 = E / Da S3 = L / Da S4 = W / Dt S5 = J / Dt S6 = H / Da L

KORELASI DAYA (cont) Hubungan NP dengan NRe: Kebutuhan daya pengaduk meningkat jika: Daun pengaduk lebih lebar (kurva A dan B) Posisi daun pengaduk vertikal (kurva B dan C) Menggunakan baffle (kurva A dan D)

KORELASI DAYA (cont) Hubungan NP dengan NRe: Pada angka Reynold yang rendah, yaitu di bawah 300, kurva angka daya untuk tangki berbaffle maupun tanpa baffle adalah identik Pada NRe lebih tinggi, terbentuk vorteks pada tangki tanpa sekat dan terdapat gerakan gelombang permukaan yang tidak dapat diabaikan sehingga angka Froude berpengaruh

KORELASI DAYA (cont) Eksponen m secara empirik dengan angka NRe: Bila ukuran geometris pengaduk yang dirancang tidak sama dengan grafik yang ada, maka dipilih grafik untuk jenis pengaduk yang sesuai dan ukuran geometris yang mendekati. Hasil yang diperoleh secara grafis dikoreksi sbb: Daya yang diberikan kepada zat cair dihitung dari NP:

Korelasi Empirik

Korelasi Empirik

Korelasi Empirik

Korelasi Empirik (1) propeller, pitch equalling diameter, without baffles; (2) propeller, s = d, four baffles; (3) propeller, s =2d, without baffles; (4) propeller, s =2d, four baffles; (5) turbine impeller, six straight blades, without baffles; (6) turbine impeller, six blades, four baffles; (7) turbine impeller, six curved blades, four baffles; (8) arrowhead turbine, four baffles; (9) turbine impeller, inclined curved blades, four baffles; (10) two-blade paddle, four baffles; (11) turbine impeller, six blades, four baffles; (12) Turbine impeller with stator ring; (13) paddle without baffles; (14) paddle without baffles

Korelasi Empirik-Turbin

Contoh Soal Pengadukan bahan emulsi dirancang menggunakan jenis paddle 2 daun yang dipasang vertikal di pusat tangki. Diameter tangki (Dt) 10 ft, tinggi tangki 12 ft, diameter pengaduk (Da) 3 ft, posisi pengaduk (E) 1 meter di atas dasar tangki, dengan putaran (n) 120 rpm. Operasi berlangsung pada suku kamar. Tinggi larutan (H) 10 ft, rapat jenis larutan () 1,66 g/ml dan viskositas (µ) 32 cp. Berapa Hp daya pengaduk teoritis yang dibutuhkan bila tangki berbuffle 4 buah dengan tebal (J) 1 ft ? 1 m = 3,2808 ft 1 g/ml = 62,43 lbm/ft3 1 cp = 6,7197 x 10-4 lbm/ft.s gc = 32,174 ft/s2