Fluid Mixing

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Pencampuran adalah operasi yang  sangat penting bahkan dikatakan fundamental hampir di tiap proses. Pencampuran zat cair bergantung pada pembentukan arus aliran yang membawa bahan yang belum bercampur ke dalam zona pencampuran di sekitar impeler.

Keberhasilan proses operasi kimia tergantung pada efektifitas pencampuran dan pengadukan dari fluida. Pengadukan yang dilakukan akan menyebabkan suatu material akan bergerak secara spesifik (tertentu), sedangkan pencampuran adalah pendistribusian yang acak dan melalui satu atau yang lainnya dari dua atau lebih phase. Suatu material yang homogen, seperti air dingin dalam tanki yang penuh dalam tanki dapat diaduk tetapi tidak dapat dilakukan pencampuran sebelum ditambahkan material lain ke dalam tanki. Jadi jelaslah bahwa pengadukan (agitasi) tidaklah sama dengan pencampuran (mixing).

            Tidak seperti unit pengoperasian yang lainnya, proses pencampuran dibutuhkan untuk melakukan beberapa tugas seperti pemompaan, perpindahan panas dan perpindahan massa secara cepat. Pengadukan hampir terjadi di setiap proses industri. Seperti apa pengadukan pun sesuai dengan feed dari industry tersebut dan pengoperasian pada industri.

            Peralatan pencampuran yang digunakan untuk kepentingan komersial sangatlah banyak, misalnya pencampuran yang digunakan untuk memproduksi bahan kimia, makanan, obat-obatan dan lain sebagainya.

Tugas dari mixer (pencampur) itu sendiri adalah :

1)      Mengontakan cairan-cairan yang tidak dapat bercampur, misalnya proses ekstraksi solvent

2)      Proses emulsi untuk menghasilkan produk yang stabil

3)      Melarutkan padatan kasar pada cairan dengan viskositas rendah

4)      Dispersi padatan halus dalam cairan dengan viskositas tinggi

5)      Dispersi padatan halus dalam cairan, misalnya proses fermentasi

6)      Mengontakkan gas/padatan/cairan pada reaksi katalitik

Tetapi yang menjadi masalah bahwa tidak satupun alat yang dapat melakukan fungsi dari pencampuran secara menyeluruh dan effisien karena disebabkan biaya pengoperasian yang sangat tinggi.

Sehubungan dengan hal tersebut, maka sangatlah perlu untuk mngetahui proses pencampuran ataupun pengadukan secara lebih dalam, tentang alat yang digunakan ataupun cara yang tepat sehingga nantinya akan diperoleh hasil yang optimal serta dapat menekan biaya yang digunakan seminimal munkin.

1.2  Tujuan

Dengan melakukan percobaan ini, maka :

1)      Dapat mengetahui pola aliran yang ditimbulkan oleh dua impeler yang berbeda (propeller dan padle).

2)      Dapat mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi adanya perbedaan pola aliran.

3)      Dapat mengetahui pengaruh yang ditimbulkan oleh penggunaan baffle pada proses pencampuran.

4)      Dapat mengetahui konduktifitas dari larutan garam terhadap kecepatan perputaran impeler dan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai konduktivitas tersebut.

5)      Untuk mengetahui pengaruh besarnya power yang diberikan impeler terhadap vorteks yang terbentuk.

1.3  Permasalahan

Adapun masalah-masalah yang akan diketahui melalui percobaan ini adalah :

1)      Bagaimanakah pengaruh penggunaan dari dua impeler yang berbeda (type propeller dan padle) terhadap kualitas campuran yang dihasilkan.

2)      Bagaimanakah pengaruh penggunaan baffle dalam proses pencampuran.

3)      Bagaimanakah pengaruh kecepatan putaran impeller yang berbeda dalam proses pencampuran.

4)      Bagaimanakah pengaruhi penggunaan bahan dalam proses pencampuran.

5)      Faktor-faktor yang mempengaruhi pola aliran dan kualitas campuran dalam proses pencampuran.

6)      Pengaruh kecepatan putaran impeler terhadap konduktivitas larutan garam.

  1.4   Hipotesa

Hipotesa yang dapat ditarik sebelum melakukan percobaan ini adalah :

1)      Semakin besar kecepatan putaran impeler maka semakin cepat pula terjadinya homogenitas dalam campuran.

2)      Dengan penggunaan buffle maka aliran yang terjadi adalah turbulen sehingga proses pencampuran akan terjadi lebih cepat.

3)      Semakin kecil ukuran padatan yang akan dicampur atau dilarutkan maka semakin cepat pula terjadinya homogenitas.

4)      Semakin kecil viskositas cairan yang digunakan semakin cepat terjadinya homogenitas.

5)      Vorteks dapat dihilangkan dengan pemakaian baffle sehingga arah aliran dapat menyebar.

1.5 Manfaat

Manfaat-manfaat yang dapat diambil melalui percobaan ini adalah :

1)      Dapat mengetahui prinsip dasar dari percobaan fluid mixing apparatus.

2)      Dapat mengetahui perbedaan pola aliran yang ditimbulkan oleh dua buah impeler (Propeller dan turbin).

3)      Dapat mengetahui faktor-faktor yang menyebabkan pola aliran yang berbeda, seperti padatan yang digunakan, viskositas cairan, kecepatan putaran impeler dan lain sebagainya.

4)      Dapat mengetahui besarnya daya hantar listrik yang ditimbulkan  sebagai pengaruh dari kecepatan putaran.

5)      Dapat mengetahui perbedaan yang terjadi pada pencampuran liquid yang menggunakan baffle dan tidak menggunakan baffle (tidak terbentuk vortex dan terbentuk vortex).

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1  Mixing

            Suatu pencampuran adalah sebuah zat yang dibuat dengan menggabungkan dua zat atau lebih yang berbeda tanpa reaksi kimia yang terjadi (obyek tidak menempel satu sama lain). Sementara tak ada perubahan fisik dalam suatu pencampuran, properti kimia suatu pencampuran, seperti titik lelehnya, dapat menyimpang dari komponennya. Pencampuran dapat dipisahkan menjadi komponen aslinya secara mekanis. Pencampuran dapat bersifat homogen atau heterogen.

Pencampuran secara umum adalah produk pencampuran mekanis atau pencampuran zat kimia seperti elemen dan senyawa, tanpa penyatuan kimia atau perubahan kimia lainnya, sehingga masing-masing zat mempertahankan properti dan karakteristik kimianya.

            Pengadukan zat cair dilakukan untuk berbagai maksud, tergantung dari tujuan langkah itu sendiri. Tujuan pengadukan antara lain adalah :

1)      Untuk memilih suspensi partikel zat padat.

2)      Untuk meramu zat cair yang mampu larut, misalnya metil alkohol  dan air.

3)      Untuk menyebarkan gas didalam zat cair dalam bentuk gelembung kecil.

4)      Untuk menyebarkan zat cair yang tidak dapat bercampur dengan zat cair lain, sehingga membentuk emulsi atau suspensi butiran-butiran halus.

5)      Untuk mempercepat perpindahan kalor antara zat cair dengan kumparan atau mantel kalor.

Kadang-kadang pengaduk digunakan untuk beberapa tujuan sekaligus, misalnya dalam hidrogenasi katalitik dan zat cair. Dalam bejana hidrogenasi didispersikan melalui zat cair dimana terdapat partikel-partikel katalis padat dalam keadaan suspensi, sementara kalor reaksi keluar melalui kumparan atau mentel.

Pengadukan menunjukkan gerakan yang terinduksi menurut cara tertentu pada suatu bahan di dalam bejana, dimana gerakan itu biasanya mempunyai semacam sirkulasi.

Proses pencampuran  bisa dilakukan dalam sebuah bejana atau alat. Hal ini

dikarenakan faktor-faktor penting yang berkaitan dengan proses ini, dalam aplikasi nyata bisa dipelajari dengan seksama dalam alat ini. Faktor-faktor yang mempengaruhi  proses pengadukan dan pencampuran diantaranya adalah perbandingan antara geometri tangki dengan geometri pengaduk, bentuk dan jumlah pengaduk, posisi sumbu pengaduk, kecepatan putaran pengaduk, penggunaan sekat dalam tangki dan juga properti fisik fluida yang diaduk. Oleh karena itu, perlu tersedia seperangkat alat tangki berpengaduk yang bisa digunakan untuk mempelajari operasi dari pengadukan dan pencampuran tersebut.

Pencampuran terjadi pada tiga tingkatan yang berbeda yaitu :

1)      Mekanisme konvektif : pencampuran yang disebabkan aliran cairan secara keseluruhan  (bulk flow).

2)      Eddy diffusion : pencampuran karena adanya gumpalan - gumpalan fluida yang terbentuk dan tercampakan dalam medan aliran.

3)      Diffusion : pencampuran karena gerakan molekuler.

Ketiga mekanisme terjadi secara bersama-sama, tetapi yang paling menentukan adalah eddy diffusion. Mekanisme ini membedakan pencampuran dalam keadaan turbulen dengan pencampuran dalam medan aliran laminer. Sifat fisik fluida yang berpengaruh pada proses pengadukan.

Secara khusus, proses pengadukan dan pencampuran digunakan untuk mengatasi tiga jenis permasalahan utama, yaitu :

1)      Untuk menghasilkan keseragaman statis ataupun dinamis pada sistem multifase multikomponen.

2)      Untuk memfasilitasi perpindahan massa atau energi diantara bagian-bagian dari sistem yang tidak seragam.

3)      Untuk menunjukkan perubahan fase pada sistem multikomponen dengan atau tanpa perubahan komposisi.

2.2     Mechanically Agitated Vessel

2.2.1  Vessel

Vessel biasanya berbentuk tanki silinder vertikal dimana di dalamnya akan diisikan fluida dengan kedalaman yang sama dengan diameter tanki. Tetapi pada beberapa sistem pengontakan gas atau cairan dengan kedalaman cairan sekitar 3 kali diameter tanki maka akan digunakan banyak impeler. Diameter vessel berkisar antara 0,1 meter untuk unit yang kecil hingga 10 meter ataupun lebih untuk instalasi industri besar.

            Bagian dasar tangki dapat berbentuk datar, lengkungan atau lancip (kerucut) tergantung pada faktor kemudahan pada saat pengurasan atau pada zat padat yang terlarut. Bentuk yang sering digunakan adalah bentuk lengkungan karena sudut yang ada sangat minimalis sehingga zat padat tidak ada yang terselip dan akan rata tercampur. Sedangkan jika bentuk kerucut (cone) yang digunakan makan harus dipastikan bahwa pencampuran dapat dilakukan dengan sempurna dengan cara menurunkan posisi impeler, Tetapi hal ini akan sangat berbahaya jika impeler terlalu dekat dengan permukaan dinding vessel terutama jika sampai bersentuhan akan mengakibatkan alat menjadi rusak.

            Dalam kasus lainnya sering pula digunakan 2 buah impeler pada bagian atas. Walaupun bawah vessel untuk memperoleh pencampuran yang sempurna. Pada design mixer atau settler untuk solvent extraction biasanya digunakan tanki segi empat karena pertimbangan harga yang lebih murahh untuk kapasitas yang besar dan juga lebih mudah mengkombinasikannya dengan settler.

2.2.2  Baffle

Untuk mencegah terjadinya pembentukan ruang udara (vortex) pada saat cairan-cairan dengan viskositas rendah diaduk dalam tanki silinder vertikal dengan impeler yang berada pada pusatnya, maka digunakanlah baffle yang dipasang pada dinding vessel. Baffle yang digunakan biasanya memiliki jarak yang sama sekitar 1 - 10 dari diameter tanki.

            Baffle biasanya tidak menempel pada dinding vessel sehingga secara kebetulan akan terdapat celah antara baffle dengan dinding vessel. Baffle umumnya tidak digunakan pada cairan dengan viscositas tinggi dimana pembentukan vortex bukanlah menjadi masalah yang penting. Baffle dipasang pada mixing vessel untuk menambah turbulensi. Walaupun penggunaan baffle menaikkan jumlah tenaga atau energi, tetapi di sisi lain memilki keuntungan yaitu terjadinya perpindahan panas secara terus menerus dan waktu yang dibutuhkan

untuk mencampur lebih cepat.

Tabel 2.1 Kebutuhan tenaga pada mevhanically agitated system

Proses	Tenaga yang digunakan (HP/1000 gal)
Pengadukan yang sangat tinggi Emulsifikasi Disolving padatan Disolving gas yang sedikit larut Pengadukan yang tinggi Perpindahan panas yang cepat Pengontakan Pengadukan yang sedang Disolving gas yang larut (sedang) Padatan yang tersuspensi Pencucian Perpindahan panas yang menengah Pengadukan yang rendah Ekstraksi cairan Kristalisasi Stirring Pencampuran Disolving gas yang dapat larut	15 - 25 10 - 12  3 - 10                  1,5 - 2,5 1,5 - 2,0                  1,0 - 2,0 1,0 - 1,6 1,0 - 1,5 0,9 - 1,3 0,7 - 1,0 0,8 - 1,2 0,5 - 0,9 0,5 - 0,8 0,5 - 0,8

Ketika waktu yang digunakan pada proses pencampuran sangatlah sedikit, pencampur yang terbaik adalah pencampur dengan jumlah tenaga yang terkecil dan waktu yang sangat pendek.

2.2.3  Impeler

            Impeler inilah yang akan membangkitkan pola aliran di dalam sistem, yang

menyebabkan zat cair bersikulasi di dalam bejana untuk akhirnya kembali ke impeler.

Dari segi bentuknya, ada tiga jenis impeller: propeller (baling-baling), dayung (padle), dan turbin (turbine). Masing-masing jenis terdiri lagi atas berbagai variasi dan sub-jenis. Ada lagi jenis-jenis impeler lain yang dimaksudkan untuk situasi-situasi tertentu, namun ketiga jenis itu agaknya dapat digunakan untuk menyelesaikan 95 persen dari semua masalah agitasi zat cair.

 Jenis-jenis impeller yang lain : 

1)      The marine type propeller

2)      Flat – blade turbine

3)      The disk flat – blade turbine

4)      The curved – blade turbine

5)      The pitched – blade turbine

6)      The shrouded turbine

2.2.3.1 Propeller

Propeller merupakan impeller aliran aksial berkecepatan tinggi untuk zat cair berviskositas rendah. Propeller kecil biasanya berputar pada kecepatan motor penuh, yaitu 1.150 atau 1.750 rpm, sedang propeller besar berputar pada 400 sampai 800 rpm. Arus yang meninggalkan propeller mengalir melalui zat cair menurut arah tertentu samapi dibelokkan oleh lantai atau dinding bejana. Kolom zat cair yang berputar dengan sangat turbulennya itu meninggalkan impeller dengan membawa ikut zat cair stagnan yang dijumpainya dalam perjalanannya itu, dan zat cair stagnan yang terbawa ikut itu mungkin lebih banyak dari yang dibawa kolom arus sebesar itu kalau berasal dari nosel stasioner. Daun-daun propeller merobekkan menyeret zat cair itu. Oleh karena arus aliran ini sangat gigih, agitator propeller sangat efektif dalam bejana besar.

Propeller yang berputar membuat pola heliks di dalam zat cair, dan jika tidak tergelincir antara zat cair dan propeller itu, satu putaran penuh propeller akan memindahkan zat cair secara longitudinal pada jarak tertentu. Rasio jarak ini terhadap diameter dinamakan jarak (pitch) propeller itu. Propeller yang mempunyai jarak bagi1,0 disebut mempunyai jarak bujur sangkar.

2.2.3.2 Paddle

Untuk tugas-tugas sederhana, agitator  yang  terdiri dari  satu dayung datar

yang berputar pada poros vertikal merupakan pengaduk yang cukup efektif. Kadang-kadang daun-daunnya dibuat miring, tetapi biasanya vertikal saja. Dayung (paddle) ini berputar di tengah bejana dengan kecepatan rendah sampai sedang, dan mendorong zat cair secara radial dan tangensial, hampir tanpa adanya gerakan vertikal pada impeler, kecuali bila daunnya agak miring. Arus yang terjadi bergerak ke luar ke arah dinding, lalu membelok ke atas atau ke bawah. Dalam tangki-tangki yang dalam, kadang-kadang dipasang beberapa dayung pada satu poros, dayung yang satu di atas yang lain. Dalam beberapa rancang, daunnya disesuaikan dengan bentuk dasar bejana, yang mungkin bulat atau cekung, piring, sehingga dapat mengikis atau menyapu permukaan pada jarak sangat dekat. Dayung (padle) jenis tersebut dinamakan agitator jangkar (anchor agitator). Jangkar ini sangat efektif untuk mencegah terbentuknya endapan atau kerak pada permukaan penukar kalor, seperti umpamanya, dalam bejana proses bermantel, tetapi tidak terlalu efektif sebagai alat pencampur. Jangkar ini biasanya dioperasikan bersama dengan dayung berkecepatan tinggi atau agitator lain, yang biasanya berputar menurut arah yang berlawanan.

Agitator dayung yang digunakan di industri biasanya berputar dengan kecepatan antara 20 dan 150 rpm. Panjang total impeler dayung biasanya antara 50 sampai 80 persen dari diameter-dalam bejana. Lebar daunnya seperenam sampai sepersepuluh panjangnya. Pada kecepatan yang sangat rendah, dayung dapat memberikan pengadukan sedang di dalam bejana tanpa-sekat, pada kecepatan yang lebih tinggi diperlukan pemakaian sekat, sebab jika tidak, zat cair itu akan berputar-putar saja mengelilingi bejana itu dengan kecepatan tinggi, tetapi tanpa adanya pencampuran.

2.2.3.3 Turbin

Turbin biasanya efektif untuk jangkau viskositas yang cukup luas. Pada cair berviskositas rendah, turbin itu menimbulkan arus yang sangat deras yang berlangsung di keseluruhan bejana, menabrak kantong-kantong yang stagnan dan merusaknya. Di dekat impeler itu terdapat zona arus deras yang sangat turbulen dengan geseran yang kuat. Arus utamanya bersifat radial dan tangensial. Komponen tangensialnya menimbulkan vorteks dan arus putar, yang harus dihentikan dengan menggunakan sekat (baffle) atau difuser agar impeler itu menjadi sangat efektif.

Beberapa di antara berbagai ragam bentuk rancang turbin adalah turbin daun-lurus terbuka, turbin piring berdaun dan turbin piring lengkung vertikal. Kebanyakan turbin itu menyerupai agitator-dayung berdaun banyak dengan daun-daunnya yang agak pendek, dan berputar pada kecepatan tinggi pada suatu poros yang dipasang di pusat bejana. Daun-daunnya boleh lurus dan boleh pula lengkung, boleh bersudut, dan boleh pula vertikal. Impelernya mungkin terbuka, setengah terbuka, atau terselubung. Diameter impeler biasanya lebih kecil dari diameter dayung, yaitu berkisar antara 30 sampai 50 persen dari diameter bejana.

Beberapa tipe impeller, yaitu : propeller, turbin, paddle, anchor, helical ribbbon, helical screw. Penggunaan impeller diatas tergantung pada geometri vessel (tanki), visikosita cairan.

1)      Untuk viscositas yang lebih kecil dari 2000 cP, maka digunakan impeller dengan tipe propeller.

2)      Untuk viscositas antara 2000 cP - 50000 cP, maka digunakan impeller dengan tipe turbin.

3)      Untuk viscositas antara 10000 cP - 1000000 cP, maka digunakan impeller tope anchor, helical ribon dan paddle

4)      Untuk viscositas diatas 1 juta cP, digunakan pencampuran khusus, seperti banburg mixer, kneaders, extrudes, sigma mixer dan beberapa tipe lainya.

Ada dua macam impeller pengaduk yaitu :

1)      Impeller aliran aksial yang membangkitkan  arus sejajar dengan sumbu poros impeller

2)      Impeller aliran radial yang membangkitkan arus pada arah tangensial atau radial

Ukuran impeller tergantung pada jenis impeller dan kondisi operasi seperti yang dijelaskan oleh Reynolds, Froude,and Power sebagai suatu karakteristik yang saling mempengaruhi. Untuk impeller jenis turbin, perbandingan diameter dari impeller dan vessel berada pada range, d/D = 0,3 -0,6, harga terendah berada

pada rpm yang tinggi sebagai contih dipersi gas.

Kecepatan impeller standar yang digunakan untuk kepentingan komersil (industri) adalah 34, 45, 56, 68, 84, 100, 125, 155, 190, dan 320 rpm. Tenaga yang dibutuhkan biasanya  tidak cukup untuk digunakan secara kontinu untuk mengatur gerakan steam turbin. Dua kecepatan driver mungkin dibutuhkan pada saat torques awal sangat tinggi.

Tabel 2.2 Pemilihan jenis impeller berdasarkan pemakaian

Penggunaan	Jenis Impeller
	Propeller	Turbine	Paddle
Pencampuran Dispersi Suspensi padatan Reaksi Dispersi gas Pengubah panas Kristalisasi	1 2 2 2 3 2 2	2 1 1 1 1 1 1	3 3 3 3 3 2 1

Keterangan :          1 = Banyak digunakan

                               2 = Kadang-kadang digunakan

                               3 = Jarang digunakan

Jenis aliran di dalam bejana yang sedang diaduk bergantung pada :

1)      Jenis impeller

2)      Karakteristik fluida

3)      Ukuran serta perbandingan (proporsi) tangki, sekat, dan agitator.

Kecepatan fluida dalam setiap titik dalam tangki mempunyai tiga komponen, dan pola aliran keseluruhan di dalam tangki itu bergantung pada variasi dari ketiga komponen itu dari satu lokasi ke lokasi lain. Ketiga komponen  itu yaitu :

1)      Komponen radial yang bekerja pada arah tegak lurus terhadap poros impeller.

2)      Komponen longitudinal, yang bekerja pada arah paralel dengan poros.

3)      Komponen tangensial yang bekerja pada arah singgung tehadap lintasan lingkaran

Gambar Pola Aliran Fluida:

Gambar 2.3.1 Pola aliran fluida untuk Propeller ditengah vessel tanpa Baffle

Gambar 2.3.2 Pola aliran fluida untuk Propeller ditengah vessel dengan Baffle, pola aliran Aksial

Gambar 2.3.3 Pola aliran fluida untuk Propeller ditengah vessel dengan Baffle,pola aliran radial

Gambar 2.3.4 Pola aliran fluida untuk Propeller tidak pada posisi ditengah vessel

Gambar 2.3.5 Posisi agitator pada vessel

Dalam keadaan biasa, di mana poros itu vertikal, komponen radial dan tangensial berada dalam satu bidang horisontal, dan komponen longitudinalnya vertikal. Komponen radial dan komponen longitudinal sangat aktif dalam memberikan aliran yang diperlukan untuk melakukan pencampuran. Bila poros itu vertikal dan terletak persis di pusat tangki, komponen tangensial biasanya kurang menguntungkan. Arus tangensial itu mengikuti suatu lintasan berbentuk lingkaran di sekitar poros, dan menimbulkan vorteks pada permukaan zat cair, dan karena adanya sirkulasi aliran laminar, cenderung membentuk stratifikasi pada berbagai lapisan tanpa adanya aliran longitudinal antara lapisan-lapisan itu.

Jika di dalam sistem itu terdapat pula partikel zat padat, arus sirkulasi itu cenderung melemparkan partikel-partikel itu, dengan gaya sentrifugal, ke arah luar, dan dari situ bergerak ke bawah, dan sesampai di dasar tangki, lalu ke pusat. Karena itu, bukannya pencampuran yang berlangsung di sini, tetapi sebaliknya pengumpulanlah yang terjadi. Jadi, karena dalam aliran sirkulasi zat cair begerak menurut arah gerakan daun impeller, kecepatan relatif antara daun dan zat cair itu berkurang, dan daya yang dapat diserap zat cair itu menjadi terbatas.

Dalam bejana yang tak bersekat, alir putaran itu dapat dibangkitkan oleh segala jenis impeller, baik aliran aksial maupun yang radial. Jadi, jika putaran zat cair itu cukup kuat, pola aliran di dalam tangki itu dapat dikatakan tetap, bagaimanapun bentuk rancangan impeller. Pada kecepatan impeller tinggi vorteks yang terbentuk mungkin sedemikian dalamnya, sehingga mencapai impeller dan gas dari atas permukaan zat cair akan tersedot ke dalam zat cair itu. Makanya hal demikian tidaklah dikehendaki.

Aliran tingkat (circulatory flow) dan arus putar (swirling) dapat dicegah dengan menggunakan salah satu dari tiga cara di bawah ini. Dalam tangki-tangki kecil impeler dipasang di luar sumbu tangki (eksentrik). Porosnya digeser sedikit dari garis pusat tangki, lalu dimiringkan dalam suatu bidang yang tegak lurus terhadap pergeseran itu. Dalam tangki-tangki yang lebih besar, agitatornya dipasang di sisi tangki, dengan porosnya pada bidang horisontal, tetapi membuat sudut dengan jari-jari tangki.

2.3  Jet Mixer

Pencamuran dalam sebuah vessel dilakukan untuk viskositas rendah dengan menggunakan jet nozzle yang dimasukkan dalam vessel dimana cairan dengan viskositas tinggi dialirkan kedalam jet nozzle. Pompa digunakan untuk mengeluarkan sebagian liquid dari vessel dan dikembalaikan melalui nozzle melalui vessel. Transfer momentum dari jet viskositas tinggi menuju liquid dalam vessel menyebabkan aksi pencmpuran sirkulasi dalam tanki.

2.4  In-line Static Mixer

In-line static mixers digunakan untuk operasi pencampuran dan pelarutan dalam jumlah yang besar. Sebuah unit tetap diletakkan dalam sebuah pipa dan pencampur dimasukkan oleh sistem pemompaan. Untuk kasus pencmpuran liquid kental secara   laminer, pencampuran dilakukan dengan mekanisme slicing dan folding. Proses pencampuran ini memberikan peningkatan dalam produk campuran sebagai jumlah dari elemen pencampuran yang diulang meningkat. Dalam kasus  pelarutan liquid-liquid dan gas-liquid seperti mekanisme diatas tidak berpengaruh dan biasanya operasi terjadi secara turbulen.

2.5  In-Line Dynamic Mixer

Untuk operasi pencampuran dimana membutuhkan produksi continue dari solid yang dilarutkan dan emulsi, In-Line Dynamic Mixers adalah salah satu bentuk mixer yang dapat digunakan. Alat ini terdiri dari sebuah rotor dimana spin adalah kecepatan tinggi di dalam sebuah casing dan umpan material dipompakan secara continue menuju unit. Di dalam casing, shear force fluida yang tinggi digunakan pada operasi pelarut.

2.6  Mills

Beberapa kegiatan kimia termasuk pelarutan solid dan pengemulsian tidak dapat dilakukan di dalam vessel yang dicampur secara mekanik karena tidak mungkin dapat menurunkan tegangan tinggi untuk memecah partikel agregat dalam memperoleh kualitas pelarutan atau menciptakan emulsi yang stabil. Mills dapat digunakan dalam operasi pelarutan dimana pelarutan partikel dilakukan dengan crushing atau shearing.

2.7  Unit Pelarutan dengan Kecepatan Tinggi

Type peralatan ini serupa dengan In-Line Dynamic Mixer, tetapi dalam kasus ini alat digunakan dalam sebuah vessel. Alat pencampur ini terdiri dari rotor kecepatan tinggi di dalam vessel dimana fluida dimasukkan ke aksi shearing intensif.

2.8  Valve Homogenizers

Unit ini mempunyai bagian pemompaan untuk menyuplai material yang akan dilarutkan melalui sebuah orifice terkecil. Tekanan tinggi akan diturunkan mendekati tekanan fluida melalui sebuah orifice sehingga menghasilkan shear force tinggi dimana emulsi dan suspensi koloid akan dihasilkan secara continue.

2.9  Ultrasonic Homogenizers

            Material yang akan diproses dipompakan pada tekanan tinggi (diatas 150 bar) melalui orifice yang didesain secara khusus untuk menghasilkan aliran dengan kecepatan tinggi melalui sebuah blade yang digoyangkan atau digetarkan pada ftrekwensi ultrasonic.

2.10   Extruders

Pelarutan dalam industri plasit biasanya dilakukan dalam extruders. Feed yang biasanya mengandung polimer utama dalam bentuk granular atau bubuk, bersama-sama dengan aditif seperti stabilizer, plastizer, pigmen berwarna, dll. Selama proses dalam extruders dikeluarkan pada tekanan tinggi dan laju kontrol dari extruders untuk pembentukan. Parameter yang mempengaruhi klasifikasi agotator:

1)      Parameter Proses:

a.       Viskositas rendah

b.      Kelarutan zat terlarut

c.       Konduktivitas termal fluida dan zat terlarut jika terjadi perpindahan panas

d.      Densitas fluida

e.       Ukuran partikel solid

2)      Parameter Mekanik :

1. Diameter impeller
2. Rotasi impeler permenit
3. Bentuk impeler
4. Volume vessel
5. Bentuk vessel
6. Letak agitator terhadap vessel

            Keberhasilan operasi suatu proses pengolahan tergantung pada efektifitas pengadukan dan pencampuran zat dalam proses.

2.11  Pencampuran Solid-Liquid

            Bila zat padat disuspensikan dalam tanki yang diaduk, ada beberapa cara untuk mendifinisikan kondisi suspensi itu. Proses yang berbeda akan memerlukan derajat suspensi yang berlainan pula, dan karena itu kita perlu menggunakan definisi yang tepat dan korelasi yang semestinya didalam merancang atau dalam penerapan ke skala besar.

1)              Mendekati suspensi penuh

                   Yaitu suspensi dimana masih terdapat sebagian kecil kelompok-kelompok zat padat yang terkumpul didasar tanki agak kepinggir atau ditempat lain.

2)              Partikel bergerak penuh

                   Yaitu seluru partikel berada dalam suspensi atau bergerak disepanjang dasar tanki.

3)              Suspensi penuh atau Suspensi diluar dasar

                   Yaitu seluruh partikel berada dalam keadaan suspensi dan tidak ada didasar tanki atau tidak berada didasar tanki selama leih dari 1 atau 2 detik.

2.12   Pencampuran Liquid-Liquid

Pencampuran zat cair-cair (misible) didalam tanki merupakan proses yang berlangsung cepat dalam daerah turbulent. Impeller akan menghasilkan arus kecepatan tinggi, dan fluida itu mungkin dapat bercampur baik disekitar impeller karena adanya keterbulenan yang hebat. Pada waktu arus itu melambat karena membawa ikut zat cair lain dan mengalir disepanjang dinding, terjadi juga pencampuran radial sedang pusaran-pusaran besar pecah menjadi kecil, tetapi tidak banyak terjadi pencampuran pada arah aliran.

2.13   Pencampuran Gas-Liquid

            Dalam proses pencampuran gas dengan liquid, gas akan tersuspensi dalam bentuk gelembung-gelembung kecil dengan tekanan tertentu.

BAB III

METODOLOGI

3.1  Alat dan Bahan

Alat :

Alat yang digunakan pada percobaan ini adalah :

Satu unit Fluid Mixing Appartus yang dilengkapi dengan impeller berbeda dengan baffle dan tanpa baffle

Bahan :

Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah :

1)      Air

2)      Pasir

3)      Garam

3.2  Prosedur Percobaan

1)      Siapkan Fluid Mixing Apparatus tanpa baffle sehingga dapat digunakan sebagaimana mestinya

2)      Ukurlah diameter vessel, diameter impeller, jarak impeller dari dasar vessel, lebar bilah impeller.

3)      Masukkan air, pasir, dan garam  ke dalam Fluid Mixing Apparatus, kemudian  pasang impeller yang dikehendaki.

4)      Hidupkan Fluid Mixing Apparatus dan aturlah kecepatan putaran impeller 50 rpm, 100 rpm, 200 rpm, 300 rpm, lakukan secara bergantian

5)      Amati dan gambarlah pola  aliran  yang terjadi  setiap kenaikan  keceaptan perputaran impeller dan hitung daya dari pengadukan tersebut.

6)      Ulangi percobaan di atas  untuk impeller yang berbeda dan Fluid Mixing Appa ratus dengan baffle.

Heater dan Cooler

Kondensor

Kondensor adalah alat untuk membuat kondensasi bahan pendingin gas dari kompresor dengan suhu tinggi dan tekanan tinggi. Untuk penempatanya sendiri, kondensor ditempatkan diluar ruangan yang sedang didinginkan, agar dapat membuang panasnya keluar. Kondensor merupakan jaringan pipa yang berfungsi sebagai pengembunan. Refrigerant yang yang dipompakan dari kompresor akan mengalami penekanan sehingga mengalir ke pipa kondensor, kemudian mengalami pengembunan. Dari sini refrigerant yang sudah mengembun dan menjadi zat cair akan mengalir menuju pipa evaporator.

Kondensor adalah salah satu jenis mesin penukar kalor (heat exchanger) yang berfungsi untuk mengkondensasikan fluida kerja secara umum, terdapat 2 jenis kondensor yaitu :

1. Surface condenser

Prinsip kerja surface condenser Steam masuk ke dalam shell kondensor melalui steam inlet connection pada bagian atas kondensor. Steam kemudian bersinggungan dengan tube kondensor yang bertemperatur rendah sehingga temperatur steam turun dan terkondensasi, menghasilkan kondensat yang terkumpul pada hotwell.

Temperatur rendah pada tube dijaga dengan cara mensirkulasikan air yang menyerap kalor dari steam pada proses kondensasi. Kalor yang dimaksud disini disebut kalor laten penguapan dan terkadang disebut juga kalor kondensasi (heat of condensation) dalam lingkup bahasan kondensor. Kondensat yang terkumpul di hotwell kemudian dipindahkan dari kondensor dengan menggunakan pompa kondensat ke exhaust kondensat.

Ketika meninggalkan kondensor, hampir keseluruhan steam telah terkondensasi kecuali bagian yang jenuh dari udara yang ada di dalam sistem. Udara yang ada di dalam sistem secara umum timbul akibat adanya kebocoran pada perpipaan, shaft seal, katup-katup, dan sebagainya.

Udara ini masuk ke dalam kondensor bersama dengan steam. Udara dijenuhkan oleh uap air, kemudian melewati air cooling section dimana campuran antara uap dan udara didinginkan untuk selanjutnya dibuang dari kondensor dengan menggunakan air ejectors yang berfungsi untuk mempertahankan vacuum di kondensor.

Untuk menghilangkan udara yang terlarut dalm kondensat akibat adanya udara di kondensor, dilakukan de-aeration. De-aeration dilakukan di kondensor dengan memanaskan kondensat dengan steam agar udara yang terlalut pada kondensat akan menguap. Udara kemudian ditarik ke air cooling section dengan memanfaatkan tekanan rendah yang terjadi pada air cooling section. Air ejector kemudian akan memindahkan udara dari sistem.

a. Horizontal kondenser

Air pendingin masuk kondensor melalui bagian bawah, kemudian masuk ke dalam pipa-pipa pendingin dan keluar pada bagian atas Sedangkan arus panas masuk lewat bagian tengah kondenser dan keluar sebagai kondensat pada bagian bawah kondensor.

b. Vertical condenser

Air pendingin masuk konddensor melalui bagian bawah, kemudian masuk ke dalam pipa-pipa pendingin dan keluar pada bagian atas Sedangkan arus panas masuk lewat bagian atas kondenser dan keluar sebagai kondensat pada bagian bawah kondensor.

2. Direct-contact condenser

Direct-contact condenser mengkondensasikan steam dengan mencampurnya langsung dengan air pendingin. Direct-contact atau open condenser digunakan pada beberapa kasus khusus, seperti Geothermal powerplant dan pada powerplant yang menggunakan perbedaan temperatur di air laut (OTEC)

3. Spray Condenser

Pada spray condenser, pencampuran steam dengan air pendingin dilakukan dengan jalan menyemprotkan air ke steam. Sehingga steam yang keluar dari exhaust turbin pada bagian bawah bercampur dengan air pendingin pada bagian tengah menghasilkan kondensat yang mendekati fase saturated.Kemudian dipompakan kembali ke cooling Tower . Sebagian dari kondensat dikembalikan ke boiler sebagai feedwater. Sisanya didinginkan, biasanya didalam dry- (closed-) cooling tower . Air yang didinginkan pada Cooling tower disemprotkan ke exhaust turbin dan proses berulang.

4. Kekurangan dan Kelebihan Kondensor

4.1. Kekurangan dan kelebihan Horizontal Kondenser

a. Dapat dibuat dengan pipa pendingin bersirip sehingga relaif berukuran kecil dan ringan.

b. Pipa pendingin dapat dibuat dengan mudah.

c. Bentuk sederhana dan mudah pemasangannya.

d. Pipa pendingin mudah dibersihkan.

4.2. Kekurangan dan kelebihan Vertikal Kondenser

a. Harganya murah karena mudah pembuatannya.

b. Kompak karena posisinya yang vertikal dan mudah pemasangan.

c. Bisa dikatakan tidak mungkin mengganti pipa pendingin, pembersihan harus dilakukan dengan menggunakan deterjen.

Kondensor adalah peralatan yang berfungsi untuk mengubah uap menjadi air. Prinsip kerja Kondensor proses perubahannya dilakukan dengan cara mengalirkan uap ke dalam suatu ruangan yang berisi pipa-pipa (tubes). Uap mengalir di luar pipa-pipa (shell side) sedangkan air sebagai pendingin mengalir di dalam pipa-pipa (tube side). Kondensor seperti ini disebut kondensor tipe surface (permukaan). Kebutuhan air untuk pendingin di kondensor sangat besar sehingga dalam perencanaan biasanya sudah diperhitungkan. Air pendingin diambil dari sumber yang cukup persediannya, yaitu dari danau, sungai atau laut. Posisi kondensor umumnya terletak dibawah turbin sehingga memudahkan aliran  uap keluar turbin untuk masuk kondensor karena gravitasi.

Laju perpindahan panas tergantung pada aliran air pendingin, kebersihan pipa-pipa dan perbedaan temperatur antara uap dan air pendingin. Proses perubahan uap menjadi air terjadi pada tekanan dan temperatur jenuh, dalam hal ini kondensor berada pada kondisi vakum. Karena temperatur air pendingin sama dengan temperatur udara luar, maka temperatur air kondensatnya maksimum mendekati temperatur udara luar. Apabila laju perpindahan panas terganggu, maka akan berpengaruh terhadap tekanan dan temperatur.

 5. Konstruksi Kondensor

Aliran air pendingin ada dua macam, yaitu satu lintasan (single pass) atau dua lintasan (double pass). Untuk mengeluarkan udara yang terjebak pada water box (sisi air pendingin), dipasang venting pump atau priming pump. Udara dan non condensable gas pada sisi uap dikeluarkan dari kondensor dengan ejector atau pompa vakum.

Berdasarkan jenis media pendingin yang digunakan kondenser dibagi menjadi 3 jenis, yaitu:

a. Kondensor berpendingin air (water cooled condenser)

Kondensor berpendingin air dapat dibedakan menjadi dua kategori, yaitu:

1. Kondensor yang air pendinginnya langsung dibuang.

2. Kondensor yang air pendinginnya disirkulasikan kembali.

Sesuai dengan namanya, kondensor yang air pendinginnya langsung dibuang, maka air yang berasal dari suplai air dilewatkan ke kondensor akan langsung dibuang atau ditampung di suatu tempat dan tidak digunakan kembali. Sedangkan kondensor yang air pendinginnya digunakan kembali, maka air yang keluar dari kondensor dilewatkan melalui menara pendingin (cooling tower) agar temperaturnya turun. Selanjutnya air dialirkan kembali ke dalam kondensor, demikian seterusnya secara berulang - ulang.

b. Kondensor berpendingin udara (air cooled condenser)

Ada dua metoda mengalirkan udara pada jenis ini, yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa dengan bantuan kipas. Konveksi secara alamiah mempunyai laju aliran udara yang melewati kondenser sangat rendah, karena hanya mengandalkan kecepatan angin yang terjadi pada saat itu. Oleh karena itu kondensor jenis ini hanya cocok untuk unit-unit yang kecil seperti kulkas, freezer untuk keperluan rumah tangga, dll. Kondensor berpendingin udara yang menggunakan bantuan kipas dalam mensirkulasikan media pendinginannya dikenal sebagai kondensor berpendingin udara konveksi paksa. Secara garis besar, jenis kondensor dibagi menjadi dua kelompok, yaitu:

1. Kondensor yang kipasnya dioperasikan dengan pengatur jarak jauh (remote control).

2. Kondensor yang kipasnya dirakit bersama-sama dengan unit kompresor atau condensing unit. Kapasitasnya kondensor jenis ini biasanya cocok untuk beban mulai < 1kW s/d 500 kW, bahkan kadang dapat lebih dari 500 kW.

c. Kondensor evaporatif (evaporative condenser)

Kondensor evaporatif pada dasarnya adalah kombinasi antara kondensor dengan menara pendingin yang dirakit menjadi satu unit atau kondensor yang menggunakan udara dan air sebagai media pendinginnya. Jenis kondensor yang akan digunakan di KPPC Sinar Mulya Cihideung ini adalah jenis water cooled condenser sebanyak 2 buah. Fungsi utama kondensor diantaranya adalah:

1.   Merubah uap bekas dari turbin menjadi air embun.

2.   Dengan vakum kondensor yang bagus, maka efisiensi turbin bagus.

3.   Menampung dan mengontrol air kondensat.

4.   Mengeluarkan udara atau gas yang tidak terkondensasi.

6. Bagian Utama Kondensor

Kondensor secara umum terdiri dari shell,  water box,  tube plat, tube support,  hotwell dan sebagainya. Diantaranya akan dijelaskan dalam beberapa penjelasan dibawah ini.

6.1. Selongsong (shell)

Pipanya di roll pada pemegang pipa pada ujung-ujungnya.Untuk memungkinkan pemuaian antara pipa air masuk dan selongsong, maka fleksibel diafragma dipasang pada sisi masuk dan keluar dari selongsong. Diafragma ini berfungsi sebagai flange yang menghubungkan selongsong, plat pemegang pipa dan water box. Expantion join terbuat dari stainless steel yang terletak pada leher kondensor untuk memungkinkan diferensial expantion.

6.2. Ruang air (water box)

Ruang-ruang air pada sisi masuk dan keluar terbuat dari baja karbon dan masing-masing mempunyai lobang lalu orang. Dengan menggunakan air yang terpisah, maka pencucian setengah kondensor dapat diakukan pada beban rendah.

6.3. Pipa dan pemegang pipa (tube plats dan tubes)

Pemegang pipa terbuat dari naval brass dan pipa nya dari aluminium brass.Pipanya di roll ke pemegang pipa dan ditunjang dengan 6 buah penunjang pipa. Diafragma baja yang fleksibel memungkinkan diferensial expantion (pemuaian antara pipa aluminium brass dengan selongsong baja carbon). Pemasangan pemegang pipa pada selongsong dengan baut pengunci. Susunannya sedemikian rupa sehingga memungkinkan melepaskan water box tanpa mengganggu join dari selongsong dan pemegang pipa. Perapat dari asbestos yang telah di celupkan (impregnated) pada compound dari red lead, white lead dan linseed oil digunakan pada join di atas. Perapat karet digunakan antara pemegang pipa dan ruang air. Kegunaan diafragma selongsong baja yang fleksibel selain untuk menghilangkan pemuaian juga digunakan sebagai penunjang (support) pemegang pipa dan ruang air.

6.4. Ruang kondensat (hotwell)

Ruang kondensat dilaskan pada sisi selongsong yang menampung semua kondensat dan dilengkapi dengan gelas penduga dan lubang lalu orang.

7. Alat Bantu Kondensor

Pada kondensor diperlukan alat-alat pendukung untuk pengoperasiannya , agar kerja kondensor bisa maksimal dan menaikkan efesiensi siklus PLTU. Adapun alat-alat pendukung tersebut adalah :

1.    Starting Air Ejektor , digunakan untuk menyedot dan membuang udara dari sistem air pendingin utama agar air pendingin dapat mengisi seluruh permukaan kondensor sehingga proses pendinginan efektif. Saluran pembungan udara sisi air pendingin terletak pada bagian atas water box sisi inlet dan sisi outlet condensor.

2.    Main Air Ejektor , digunakan setelah Starting Air Ejektor beroperasi . Main Air Ejektor berfungsi membuat vacum pada sisi uap , sampai vacum kondensor normal sekitar 650 mmHg.

3.    Ball Cleaning System (Tapproge Ball System) , berfungsi untuk membersihkan pipa-pipa (tubes) pendingin kondensor dari kotoran seperti lumpur dan kotoran halus dengan cara menginjeksikan bola karet (Tapproge Ball) kedalam pipa-pipa pendingin kondensor secara terus menerus proses ini dilakukan oleh pompa sirkulasi (Circulation Pump) dengan cara memompakan bola tapproge pada sisi masuk air pendingin dan mengambil kembali bola pada sisi keluar air pendingin untuk selanjutnya disirkulasikan kembali pada kondensor.

8. PREHEATER

Air Preheater (APH) merupakan peralatan bantu dalam PLTU yang berfungsi sebagai pemanas awal udara baik udara primer (Primary air) maupun sekunder (Secondary air), sampai ke tingkat temperatur tertentu sehingga dapat terjadi pembakaran optimal dalam boiler. Dalam prosesnya, Air Preheater ini menggunakan gas buang (flue gas) hasil pembakaran di boiler sebagai sumber panasnya, kemudian mentransfer panas tersebut ke aliran udara melalui elemen pemanas berputar (rotating heat exchanger).

Ada dua jenis preheater yang paling umum yaitu jenis regenerative dan recuperatif air heater. Perbedaan adalah jenis regenerative  berupa rotor yang berputar sedangkan Recuperative : rotor tidak berputar hanya  flue gas yang mengalir.

8.1. Elemen Pemanas (Heating Surface)

Elemen pemanas yang berupa lempengan-lempengan plat metal yang terbagi menjadi 2 bagian secara vertikal yaitu sisi atas Hot End layer dan sisi bawah Cold End layer. Plat itu terpasang pada suatu poros yang di susun pada kompartemen silindris yang terbagi secara radial yang semua bagiannya di sebut sebagai rotor. Rotor ini berputar dalam ruangan yang memiliki sambungan duct di kedua sisinya satu sisi di aliri gas buang, sisi lain berisi udara baik primer maupun sekunder. Saat rotor diputar, setengah bagiannya memasuki saluran gas buang dan menyerap energi panas yang terkandung di dalamnya sedangkan setengah bagian yang lain mentransfer panas dari elemen ke udara pada sisi saluran udara sehingga menghasilkan udara panas yang selanjutnya akan dipasok ke furnace.

8.2. Penggerak Rotor

Rotor di gerakan oleh motor listrik yang diletakan di luar elemen pemanas. Penggerak rotor dihubungkan pada central, dan terdapat dua motor penggerak yang mempunyai kecepatan 1455 rpm. Dua motor tersebut dihubungkan dengan central melalui gearbox dengan rasio tranmisi 9.110/1 yang dihubungkan oleh kopling feksibel pada gearbox kedua. Gearbox kedua menggunakan roda gigi cacing (worm gear) dengan dua langkah, yang pertama dengan rasio 43/4 dan yang kedua 59/4. Setelah kecepatan berkurang dengan dua gearbox, rasionya menjadi 1444.5/1, keluaran main motor menjadi 1,07 rpm dan auxilliary menjadi 0,5 rpm.

8.3. Seal Rotor

Seal (perapat) berfungsi sebagai pencegah kebocoran fluida baik udara maupun gas buang yang melewati elemen panas pada saat operasi. Pada kondisi normal aliran udara memilki level tekanan yang lebih tinggi dari aliran gas hal inilah yang rawan akan kebocoran. Seal rotor dalam APH terdiri dari :

a. Radial Seal

Seal radial terpasang sesuai dengan posisi rotor yang posisinya terhadap plate rotor  dapat di setting dan mempunyai standar sesuai dengan desain manufaktur. Dalam mensetting juga memperhatikan expansi rotor akibat temperature tinggi. Radial seal berfungsi untuk mereduksi kebocoran langsung dari area udara ke gas buang.

b. Axial Seal

Axial seal dipasang pada sisi luar dari rotor memanjang dari sisi hot end sampai dengan cold end. Seal bekerja sama dengan radial seal untuk meminimalkan gap antara rotor dengan seal.

c. Circumferential seal

Letaknya disekeliling dan pusat rotor. Fungsi utama adalah mencegah kebocoran udara atau gas buang saat berputarnya rotor, dalam melakukan fungsi ini di bantu axial seal.

8.4. Bearing

Bearing adalah alat yang memungkinkan terjadinya pergerakan relatif antara dua bagian dari alat atau mesin, biasanya gerakan angular atau linear. Dengan adanya bearing, gesekan antara dua bagian tersebut menjadi sangat minim dibandingkan tanpa bearing.