BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Mixing - Perancangan Dan Simulasi Mesin Mixer Kapasitas 6,9 Liter Putaran 280 Rpm Menggunakan Ansys Fluent 14.0 Dan Pengujian

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Mixing

Mixer merupakan salah satu alat pencampur dalam sistem emulsi sehingga

menghasilkan suatu dispersi yang seragam atau homogen. Terdapat dua jenis

mixer yang berdasarkan jumlah propeler-nya (turbin), yaitu mixer dengan satu propeller dan mixer dengan dua propeller. Mixer dengan satu propeller adalah mixer yang biasanya digunakan untuk cairan dengan viskositas rendah. Sedangkan mixer dengan dua propiller umumnya diigunakan pada cairan dengan viskositas

tinggi. Hal ini karena satu propeller tidak mampu mensirkulasikan keseluruhan massa dari bahan pencampur (emulsi), selain itu ketinggian emulsi bervariasi dari waktu ke waktu (Suryani, dkk., 2002).

Pencampuran merupakan operasi yang bertujuan mengurangi ketidaksamaan kondisi, suhu, atau sifat lain yang terdapat dalam suatu bahan. Pencampuran dapat terjadi dengan cara menimbulkan gerak di dalam bahan itu yang menyebabkan bagian-bagian bahan saling bergerak satu terhadap yang lainnya, sehingga operasi pengadukan hanyalah salah satu cara untuk operasi pencampuran. Pencampuran fasa cair merupakan hal yang cukup penting dalam berbagai proses kimia. Pencampuran fasa cair dapat dibagi dalam dua kelompok. Pertama, pencampuran antara cairan yang saling tercampur (miscible), dan kedua adalah pencampuran antara cairan yang tidak tercampur atau tercampur sebagian (immiscible). Selain pencampuran fasa cair dikenal pula operasi pencampuran fasa cair yang pekat seperti lelehan, pasta, dan sebagainya; pencampuran fasa padat seperti bubuk kering, pencampuran fasa gas, dan pencampuran antar fasa.

Mixer merupakan proses mencampurkan satu atau lebih bahan dengan

menambahkan satu bahan ke bahan lainnya sehingga membuat suatu bentuk yang seragam dari beberapa konstituen baik cair – padat, padat – padat , maupun cair - gas. Komponen yang jumlahnya lebih banyak disebut fasa kontinyu dan yang lebih sedikit disebut fasa disperse. (Fellows, 1988).

2.1.1 Proses Pencampuran

Proses pencampuran dalam fasa cair dilandasi oleh mekanisme perpindahan momentum di dalam aliran turbulen. Pada aliran turbulen, pencampuran terjadi pada 3 skala yang berbeda, yaitu: 1.

Pencampuran sebagai akibat aliran cairan secara keseluruhan (bulk flow) yang disebut mekanisme konvektif.

2. Pencampuran karena adanya gumpalan-gumpalan fluida yang terbentuk dan tercampakkan di dalam medan aliran yang dikenal sebagai eddies, sehingga mekanisme pencampuran ini disebut eddy diffusion.

3. Pencampuran karena gerak molekular yang merupakan mekanisme pencampuran difusi.

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

Pengadukan dan pencampuran merupakan operasi yang penting dalam industry kimia. Pencampuran (mixing) merupakan proses yang dilakukan untuk mengurangi ketidakseragaman suatu sistem seperti konsentrasi, viskositas, temperatur dan lain-lain. Pencampuran dilakukan dengan mendistribusikan secara acak dua fasa atau lebih yang mula-mula heterogen sehingga menjadi campuran homogen. Peralatan proses pencampuran merupakan hal yang sangat penting, tidak hanya menentukan derajat homogenitas yang dapat dicapai, tapi juga mempengaruhi perpindahan panas yang terjadi. Penggunaan peralatan yang tidak tepat dapat menyebabkan konsumsi energi berlebihan dan merusak produk yang dihasilkan. Salah satu peralatan yang menunjang keberhasilan pencampuran ialah pengaduk.

Hal yang penting dari tangki pengaduk dalam penggunaannya antara lain:

1. Bentuk : pada umumnya digunakan bentuk silindris dan bagian bawahnya cekung.

2. Ukuran: yaitu diameter dan tinggi tangki

3. Kelengkapannya: a. ada tidaknya baffle, yang berpengaruh pada pola aliran di dalam tangki

Gambar.2.1 pengaduk memakai baffle b.

jacket atau coil pendingin/pemanas yang berfungsi sebagai pengendali suhu.

Letak lubang pemasukan dan pengeluaran untuk proses kontinu.

d. Kelengkapan lainnya seperti tutup tangki, dan sebagainya.

Prinsip pencampuran bahan banyak diturunkan dari prinsip mekanika fluida dan perpindahan bahan, karena pencampuran bahan akan ada bila terjadi gerakan atau perpindahan bahan yang akan dicampur baik secara horizontal ataupun vertikal. Ada dua jenis pencampuran, yaitu (1) pencampuran sebagai proses terminal sehingga hasilnya merupakan suatu bahan jadi yang siap pakai, dan (2) pencampuran merupakan proses pelengkap atau proses yang mempercepat proses lainnya seperti pemanasan, pendinginan atau reaksi kimia.

Aliran yang terjadi di dalam bahan diperkirakan berupa seperti pada gambar berikut sehingga pencampuran akan terjadi dengan cepat dan teratur.

pandangan depan pandangan lintang

→ → → → ← ← ← ← ← ← ← ← → → → →

Gambar 2.2 Aliran yang terjadi dalam bahan Kebutuhan tenaga yang diperlukan untuk mencampur suatu jumlah tertentu bahan (cairan) tergantung pada viskositas cairan tersebut. Selain itu kecepatan mixer juga berbeda-beda sesuai dengan kebutuhan bahan-bahan tersebut. Mixer dengan kecepatan rendah biasanya digunakan untuk cairan dengan viskositas tinggi dimana campurannya pekat, licin dan sebagainya. Kecepatan tinggi biasanya berkisar antara 1400-1800 rpm, kecepatan sedang biasanya adalah 1500 rpm dan kecepatan rendah berkisar antara 100-500 rpm.

Dalam hal mencampurkan dua bahan berbeda kapasitas perlu diperhatikan, dalam hal ini, untuk Menentukan kapasitas Maksimum dari bejana adukan :

2 H .................................................................. Pers.1

4 Menghitung kapasitas dari adukan :

. Z ....................................................... Pers.2 � . V = 4

Dimana :

3 Q = Kapasitas dari Bejana adukan (mm )

3 V = kapasitas dari adukan (mm )

D, D = Diameter Bejana (mm)

H, Z = Tinggi dari Bejana (mm) Setelah menentukan kapasitas daya motor dapat dihitung, Dari beberapa komponen inilah kita dapat menentukan daya pengaduk. Dari rumus daya pengaduk dapat dihitung dengan cara :

1,1 2,72 2,86 0,3 0,6 0,86 −4

hp = ( 1,29 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

10 (Ir.Sri Wuryani, Hal 152) ........................................... Pers 3

Daya perencanaan dihitung dengan rumus :

P d = P . f c ................................................................................ Pers 4

Dimana :

P = Daya nominal motor (kW) f c = Faktor koreksi daya Momen puntir yang direncanakan pada poros pengaduk dapat dihitung dengan rumus :

1 ) � �(2

1000

= ........................................... Pers 5

P d 102

Dimana :

T = momen puntir rencana ( kg . mm) P = daya perencanaan (kW) d

1 = putaran normal (rpm)

Menghitung besarnya a (tegangan geser yang diijinkan) untuk pemakaian

umur pada poros dapat diperoleh dengan cara:

a =

τ ............................................................. Pers 6

dimana : a = tegangan geser yang diijinkan (kg/mm )

= kekuatan tarik bahan poros adalah stainless steel

(81,55 kg/mm ) = faktor keamanan yang diambil

= faktor keamanan yang diambil

2 Merencanakan Diameter poros pengaduk, Untuk merencanakan diameter

poros pengaduk dapat dihitung dengan cara :

1/3 5,1 d = C ……………………………… Pers 7 s b

� �

dimana : = Faktor koreksi yang dipilih adalah 1,0

C = Faktor koreksi yang dipilih adalah 1,2

= momen puntir ()

d s = diameter poros motor (mm)

2 a = tegangan geser yang diijinkan (kg/mm ) τ

Peralatan pencampur dapat dibagi atau diklasifikasikan atas beberapa kategori, yaitu:

1. Berdasarkan jenis bahan yang dicampur yaitu alat pencampur liquid, alat pencampur padat, dan alat pencampur pasta

2. Berdasarkan jenis agitator, yaitu double cone mixer, ribbon blender, planetary mixers , dan propeller mixers.

2.1.2 Alat Pencampur Bahan Cair/liquid

Bahan cair diaduk untuk mencapai beberapa maksud, diantaranya (Mc Cabe et al,1985) : a.

Mensuspensikan partikel padatan.

Menggabungkan bahan cair yang dapat saling bercampur.

Mendispersikan gas dalam bentuk gelembung halus.

Mendispersikan bahan cair lain yang tidak dapat bercampur.

Meningkatkan pindah panas antara bahan cair dan sumber panas.

Pengadukan bahan cair umumnya dilakukan dalam suatu bejana, biasanya berbentuk silinder, yang memiliki sumbu vertikal. Bagian atas dari bejana bisa terbuka terhadap udara atau dapat juga tertutup. Dasar bejana pada umumnya dicekungkan, artinya tidak rata, agar tidak dihindari adanya sudut atau bagian yang tidak bisa dipenetrasi oleh aliran fluida. Sebuah pengaduk (impeller) terakit pada sumbu yang menggantung ke atas. Sumbu ini digerakkan oleh motor listrik yang kadang-kadang langsung dihubungkan ke sumbu tetapi lebih sering melalui kotak gear pengurang kecepatan. Perlengkapan tambahan seperti jalur masuk atau keluar bahan, coil pemanas, jaket atau termometer rendam atau alat pengukur suhu lainnya merupakan komponen tetap alat pencampur bahan cair ini.

Tiga tipe utama impeller adalah propeller (baling-baling), paddles (pedal), dan turbin. Setiap tipe memiliki banyak variasi dan subtipe. Sekalipun masih terdapat tipe impeller lain yang juga berguna untuk situasi tertentu, akan tetapi ketiga tipe tersebut mungkin dapat mengatasi 95% masalah pencampuran bahan cair yang ada. Untuk pencampuran liquid, propeller mixer adalah jenis yang paling umum dan paling memuaskan.Alat ini terdiri dari tangki silinder yang dilengkapi dengan propeller/ blades beserta motor pemutar.

Bentuk propeller, impeller, blades didesain sedemikian rupa untuk efektifitas pencampuran dan disesuaikan dengan viskositas fluid. Pada jenis alat pencampur ini diusahakan untuk dihindari tipe aliran monoton yang berputar melingkari dinding tangki , penambahan sekat-sekat (baffles) pada dinding tangki juga dapat menciptakan pengaruh pengadukan, namun menimbulkan masalah karena sulit membersihkannya.

2.1.3 Alat Pencampur Bahan Padat

Pada umumnya, untuk mencampur bahan-bahan berpartikel padat digunakan mesin pencampur yang lebih ringan dari pada bahan viscous.Dalam hal ini digunakan ribbon blender dan double cone mixers. Ribbon blender terdiri dari silinder horizontal yang di dalamnya dilengkapi dengan ”screw” berputar dan pengaduk pita berbentuk heliks. Dua pita yang bergerak berlawanan dirakit pada sumbu yang sama. Yang satu menggerakkan padatan perlahan kesatu arah, sedangkan yang lain menggerakkannya dengan cepat ke arah lain. Pita-pita bisa kontinyu maupun terputus-putus. Pencampuran dihasilkan oleh turbulensi yang diinduksi oleh pengaduk yang beraksi berlawanan, jadi tidak oleh gerakan lamban padatan sepanjang rongga aduk. Beberapa ribbon blender beroperasi secara batch yaitu dengan membuat padatan sekaligus dan mengaduknya sampai tercampur rata. Ribbon blender tipe lain bekerja secara kontinue yaitu bahan padatan diumpankan pada salah satu ujung rongga aduk dan dikeluarkan pada ujung lainnya. Ribbon blender adalah pencampur yang efektif untuk tepung – tepungan yang tidak mengalir dengan sendirinya. Beberapa unit batch memiliki kapasitas yang sangat besar sehingga mampu memuat sampai 9000 galon bahan padat. Kebutuhan daya umumnya berukuran sedang. Hal ini sesuai dengan pendapat Handoko (1992), yang menyatakan bahwa satu prinsip penerapan untuk mencampur bahan dengan viskositas yang tinggi dan berbentuk pasta adalah kinerja yang tergantung pada kontak langsung antara material pencampur dengan bahan yang akan dicampur. Untuk bahan dengan viskositas tinggi dan berbentuk pasta ini banyak menggunakan model pencampur seperti:pencampur tipe pancim, pencampur dengan pisau berbentuk z.

Planetery mixer merupakan alat pencampur bahan padat yang bekerja

berdasarkan perputaran planet dimana beater berputar mengitari bowl sedangkan

bowl tidak berputar sehingga menghasilkan adonan yang lembut dan merata.

Aplikasi alat ini adalah pada industri bakery (roti dan kue).

Double cone blender adalah alat pencampur yang terdiri dari 2 kerucut

yang berputar pada porosnya, jika kerucut berputar maka tepung granula berada di dalam granula yang berada di dalam volume kerucut akan teragitasi dan tercampur. Pencampuran tipe ini memerlukan energi dan tenaga yang lebih besar. Oleh karena itu diperhatikan jangan sampai energi yang dikonsumsi diubah menjadi panas yang dapat menyebabkan terjadinya kenaikan temperatur dari produk. Jenis alat pencampur adonan kadang-kadang harus dilengkapi dengan alat pendingin.

Yang umum ditemui yaitu kneader yang berbentuk sigmoid yang berputar didalam suatu ”can” atau ”vessel” dengan berbagai kecepatan. Prinsip dari alat ini adalah disamping mencampur juga mengadon yaitu membagi, mematahkan dan selalu membuat luas permukaan yang baru sesering mungkin terhadap adonan.

2.1.4 Alat Pencampur Bahan Pasta/Viscous

Dibandingkan dengan pencampuran pada bahan cair, proses pencampuran pada bahan viscous memerlukan tenaga yang lebih banyak. Hal ini disebabkan oleh kenyataan bahwa pada bahan viscous dan juga bahan padat tidak mungkin terbentuk aliran yang dapat memindahkan bagian yang belum tercampur ke daerah pencampuran di sekitar impeller seperti pada pengadukan bahan cair.

Pada pencampuran bahan viscous seluruh bahan yang akan dicampur harus dibawa ke pengaduk atau pengaduknya sendiri yang mendatangi seluruh bagian campuran. Aksi pada mesin-mesin pencampuran merupakan kombinasi

shear berkecepatan rendah, penyapuan (wiping), pelipatan (folding), pelemasan

(stretching), dan penekanan (compressing). Energi mekanik diaplikasikan oleh komponen-komponen yang bergerak langsung pada massa bahan.

Diantara mesin pencampur pasta yang relatif dikenal adalah change - can

mixer dan kneaders. Change-can mixer merupakan alat yang memiliki wadah

kecil dan dapat dipindah – pindahkan sebagai tempat bahan yang akan dicampur.

Wadah ini berukuran sekitar 5 – 10 galon. Pada pony mixer, pengaduk terdiri dari beberapa bilah vertical atau jari yang terpasang pada head yang berputar dan diletakkan di dekat dinding wadah. Pada beater mixer, wadah atau bejana bersifat stationer. Pengaduknya memiliki gerakan melingkar sehingga ketika berputar secara berulang mendatangi seluruh bagian dari bejana.

Gerakan pencampuran pada mixer bahan baik secara horizontal maupun secara vertikal tersebut dapat bervariasi bergantung dari jenis pengaduk/ propeller yang digunakan, sehingga hasil yang didapat akan bervariasi pula. Peralatan Pencampur dengan menggunakan satu pengaduk/ propeller biasanya digunakan untuk mengaduk bahan dengan viskositas rendah, sedangkan peralatan pengaduk dengan lebih dari satu propeller digunakan untuk mengaduk bahan dengan viskositas tinggi.

2.2 Jenis Pengaduk (Impeller)

Pengaduk dalam tangki memiliki fungsi sebagai pompa yang menghasilkan laju volumetrik tertentu pada tiap kecepatan putaran dan input daya. Input daya dipengaruhi oleh geometri peralatan dan fluida yang digunakan. Profil aliran dan derajat turbulensi merupakan aspek penting yang mempengaruhi kualitas pencampuran. Rancangan pengaduk sangat dipengaruhi oleh jenis aliran, laminar atau turbulen. Aliran laminar biasanya membutuhkan pengaduk yang ukurannya hampir sebesar tangki itu sendiri. Hal ini disebabkan karena aliran laminar tidak memindahkan momentum sebaik aliran turbulen [Walas, 1988].

Pencampuran di dalam tangki pengaduk terjadi karena adanya gerak rotasi dari pengaduk dalam fluida. Gerak pengaduk ini memotong fluida tersebut dan dapat menimbulkan arus yang bergerak keseluruhan sistem fluida tersebut. Oleh sebab itu, pengaduk merupakan bagian yang paling penting dalam suatu operasi pencampuran fasa cair dengan tangki pengaduk. Pencampuran yang baik akan diperoleh bila diperhatikan bentuk dan dimensi pengaduk yang digunakan, karena akan mempengaruhi keefektifan proses pencampuran, serta daya yang diperlukan. Menurut aliran yang dihasilkan, pengaduk dapat dibagi menjadi tiga golongan: 1.

Pengaduk aliran aksial yang akan menimbulkan aliran yang sejajar dengan sumbu putaran.

2. Pengaduk aliran radial yang akan menimbulkan aliran yang berarah tangensial dan radial terhadap bidang rotasi pengaduk. Komponen aliran tangensial menyebabkan timbulnya vortex dan terjadinya pusaran, dan dapat dihilangkan dengan pemasangan baffle atau cruciform baffle.

3. Pengaduk aliran campuran yang merupakan gabungan dari kedua jenis pengaduk di atas. Menurut bentuknya, pengaduk dapat dibagi menjadi 3 golongan:Propeller, Turbine, Paddles.

Gerakan pencampuran pada mixer bahan baik secara horizontal maupun secara vertikal tersebut dapat bervariasi bergantung dari jenis pengaduk yang digunakan, sehingga hasil yang didapat akan bervariasi pula. Peralatan Pencampur dengan menggunakan satu pengaduk biasanya digunakan untuk mengaduk bahan dengan viskositas rendah, sedangkan peralatan pengaduk dengan lebih dari satu

propeller digunakan untuk mengaduk bahan dengan viskositas tinggi. Untuk

merencanakan Luas kipas dapat dicari dengan menggunakan rumus;

V = P x Lx t............................................... Pers 8

Di mana; P = Panjang kipas pengaduk (mm) L = Lebar kipas pengaduk (mm) t = Tebal kipas pengaduk (mm)

Pemilihan pengaduk (impeller) yang tepat menjadi salah satu faktor penting dalam menghasilkan proses dan pencampuran yang efektif. Pengaduk jenis baling-baling (propeller) dengan aliran aksial dan pengaduk jenis turbin dengan aliran radial menjadi pilihan yang lazim dalam pengadukan dan pencampuran. Secara umum, terdapat empat jenis pengaduk yang biasa digunakan, yaitu pengaduk baling–baling (propeller), pengaduk turbin (turbine), pengaduk dayung (paddle)

2.2.1 Pengaduk jenis baling-baling (Propeller)

Kelompok ini biasa digunakan untuk kecepatan pengadukan tinggi dengan arah aliran aksial. Pengaduk ini dapat digunakan untuk cairan yang memiliki viskositas rendah dan tidak bergantung pada ukuran serta bentuk tangki. Kapasitas sirkulasi yang dihasilkan besar dan sensitif terhadap beban head. Dalam perancangan propeller, luas sudu biasa dinyatakan dalam perbandingan luas area yang terbentuk dengan luas daerah disk. Nilai nisbah ini berada pada rentang 0.45 sampai dengan 0.55.

Pengaduk propeler terutama menimbulkan aliran arah aksial, arus aliran meninggalkan pengaduk secara kontinu melewati fluida ke satu arah tertentu sampai dibelokkan oleh dinding atau dasar tangki. Ada beberapa jenis pengaduk atau impeller yang biasa digunakan, yaitu:

Marine propeller b. Hydrofoil propeller c. High flow propeller

Gambar 2.3 Jenis Pengaduk propeller Baling-baling ini digunakan pada kecepatan berkisar antara 400 hingga 1750 rpm (revolutions per minute) dan digunakan untuk cairan dengan viskositas rendah.

Menghitung gaya pada sudu pengaduk, Gaya atau kakaks adalah apapun yang dapat menyebabkan sebuah benda bermassa mengalami percepatan. gaya sentripetal adalah gaya yang membuat benda bergerak melingkar, sehingga pada perencanaan ini dapat dihitung gaya sentripetal yang terjadi pada pengaduk.

Untuk menghitung Gaya sentripetal (f s ) pada sudu poros penggerak dari pengaduk,adalah sebagai berikut: F s = m.a s (Newton) .............................................................. pers 9

F s = – m ² dengan r = untuk mencari percepatan sentripetal (a s ) pada pengaduk : a

2 (m/s

2 ) ....................................................................... pers 10

dimana : v = kecepatan linier pengaduk ( m/s) r = jari – jari pengaduk (blade) (m)

Kecepatan linier (v) pengaduk dapat dihitung : v =

(m/s) ................................................................... pers 11 dimana: d = diameter pengaduk ( m) n = putaran dari poros pengaduk (rpm)

2.2.2 Pengaduk Jenis Dayung (Paddle)

Pengaduk jenis ini sering memegang peranan penting pada proses pencampuran dalam industri. Bentuk pengaduk ini memiliki minimum 2 sudu, horizontal atau vertical, dengan nilai D/T yang tinggi. Paddle digunakan pada aliran fluida laminar, transisi atau turbulen tanpa baffle.

Pengaduk padel menimbulkan aliran arah radial dan tangensial dan hamper tannpa gerak vertikal sama sekali. Arus yang bergerak ke arah horisontal setelah mencapai dinding akan dibelokkan ke atas atau ke bawah. Bila digunakan pada kecepatan tinggi akan terjadi pusaran saja tanpa terjadi agitasi.

Berbagai jenis pengaduk dayung biasanya digunakan pada kecepatan rendah diantaranya 20 hingga 200 rpm. Dayung datar berdaun dua atau empat biasa digunakan dalam sebuah proses pengadukan. Panjang total dari pengadukan dayung biasanya 60 - 80% dari diameter tangki dan lebar dari daunnya 1/6 - 1/10 dari panjangnya. Beberapa jenis paddle yaitu: a.

Paddle anchor b.

Paddle flat beam – basic c. Paddle double – motion d.

Paddle gate e. Paddle horseshoe f. Paddle glassed steel (used in glass-lined vessels) g.

Paddle finger h. Paddle helix i. Multi paddle

Gambar 2.4 Pengaduk Jenis Dayung (Paddle) Pengaduk dayung menjadi tidak efektif untuk suspensi padatan, karena aliran radial bisa terbentuk namun aliran aksial dan vertikal menjadi kecil.Sebuah dayung jangkar atau pagar, yang terlihat pada gambar 6 biasa digunakan dalam pengadukan.Jenis ini menyapu dan mengeruk dinding tangki dan kadang-kadang bagian bawah tangki. Jenis ini digunakan pada cairan kental dimana endapan pada dinding dapat terbentuk dan juga digunakan untuk meningkatkan transfer panas dari dan ke dinding tangki. Bagaimanapun jenis ini adalah pencampuran yang buruk. Pengaduk dayung sering digunakan untuk proses pembuatan pasta kanji, cat, bahan perekat dan kosmetik.

2.2.3 Pengaduk jenis Turbin (turbine)

Istilah turbine ini diberikan bagi berbagai macam jenis pengaduk tanpa memandang rancangan, arah discharge ataupun karakteristik aliran. Turbine merupakan pengaduk dengan sudut tegak datar dan bersudut konstan. Pengaduk jenis ini digunakan pada viskositas fluida rendah seperti halnya pengaduk jenis

propeller [Uhl & Gray, 1966]. Pengaduk turbin menimbulkan aliran arah radial

dan tengensial. Di sekitar turbin terjadi daerah turbulensi yang kuat, arus dan geseran yang kuat antar fluida. Salah satu jenis pengaduk turbine adalah pitched

blade . Pengaduk jenis ini memiliki sudut sudu konstan. Aliran terjadi pada arah

aksial, meski demikian terdapat pule aliran pada arah radial. Aliran ini akan mendominasi jika sudu berada dekat dengan dasar tangki.

Pengaduk turbin adalah pengaduk dayung yang memiliki banyak daun pengaduk dan berukuran lebih pendek, digunakan pada kecepatan tinggi untuk cairan dengan rentang kekentalan yang sangat luas. Diameter dari sebuah turbin biasanya antara 30 - 50% dari diameter tangki. Turbin biasanya memiliki empat atau enam daun pengaduk.

Turbin dengan daun yang datar memberikan aliran yang radial. Jenis ini juga berguna untuk dispersi gas yang baik, gas akan dialirkan dari bagian bawah pengaduk dan akan menuju ke bagian daun pengaduk lalu tepotong-potong menjadi gelembung gas. Beberapa jenis turbin yaitu: a.

Turbine disc flat blade b.

Turbine hub mounted curved blade c.

Turbine disc mounted curved blade d.

Turbine pitched blade e. Turbine bar f. Turbine shrouded

Gambar 2.5 Pengaduk Turbin pada bagian variasi Pada turbin dengan daun yang dibuat miring sebesar 45 , seperti yang

terlihat pada Gambar 3, beberapa aliran aksial akan terbentuk sehingga sebuah

kombinasi dari aliran aksial dan radial akan terbentuk. Jenis ini berguna dalam

suspensi padatan kerena aliran langsung ke bawah dan akan menyapu padatan ke

atas. Terkadang sebuah turbin dengan hanya empat daun miring digunakan

dalam suspensi padat.Pengaduk dengan aliran aksial menghasilkan pergerakan

fluida yang lebih besar dan pencampuran per satuan daya dan sangat berguna

dalam suspensi padatan.

2.3 Kecepatan Pengadukan

Komponen radial dan tangensial terletak pada daerah horizontal dan komponen longitudinal pada daerah vertikal untuk kasus tangkai tegak (vertical

shaft ). Komponen radial dan longitudinal sangat berguna untuk penentuan pola

aliran yang diperlukan untuk aksi pencampuran (mixing action). Pengadukan pada kecepatan tinggi ada kalanya mengakibatkan pola aliran melingkar di sekitar pengaduk. Gerakan melingkar tersebut dinamakan vorteks.

Vorteks dapat terbentuk di sekitar pengaduk ataupun di pusat tangki yang tidak menggunakan baffle. Fenomena ini tidak diinginkan dalam industri karena beberapa alasan. Pertama: kualitas pencampuran buruk meski fluida berputar dalam tangki. Hal ini disebabkan oleh kecepatan sudut pengaduk dan fluida sama. Kedua udara dapat masuk dengan mudahnya ke dalam fluida karena tinggi fluida di pusat tangki jatuh hingga mencapai bagian atas pengaduk. Ketiga, adanya vorteks akan mengakibatkan naiknya permukaan fluida pada tepi tangki secara signifikan sehingga fluida tumpah.

Salah satu variasi dasar dalam proses pengadukan dan pencampuran

adalah kecepatan putaran pengaduk yang digunakan. Variasi kecepatan putaran

pengaduk bisa memberikan gambaran mengenai pola aliran yang dihasilkan dan

daya listrik yang dibutuhkan dalam proses pengadukan dan pencampuran. Secara

umum klasifikasi kecepatan putaran pengaduk dibagi tiga, yaitu : kecepatan

putaran rendah, sedang dan tinggi.

2.3.1 Kecepatan Putaran Rendah Kecepatan rendah yang digunakan berkisar pada kecepatan 100 rpm.

Pengadukan dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk minyak kental, lumpur dimana terdapat serat atau pada cairan yang dapat menimbulkan busa. Jenis pengaduk ini meghasilkan pergerakan batch yang empurna dengan sebuah permukaan fluida yang datar untuk menjaga temperatur atau mencampur larutan dengan viskositas dan gravitasi spesifik yang sama.

2.3.2 Kecepatan Putaran Sedang

Kecepatan sedang, berkisar pada kecepatan 1150 rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk larutan sirup kental dan minyak pernis. Kecepatan rendah, berkisar pada kecepatan 400 rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk minyak kental, lumpur di mana terdapat serat atau pada cairan yang dapat menimbulkan busa. Untuk menjamin keamanan proses, pengaduk dengan kecepatan lebih tinggi dari 400 rpm sebaiknya tidak digunakan untuk cairan dengan viskositas lebih besar dari 200 cP, atau volume cairan lebih besar dari 2000 L. Pengaduk dengan kecepatan lebih besar dari 1150 rpm sebaiknya tidak digunakan untuk cairan dengan viskositas lebih besar dari 50 cP atau volume cairan lebih besar dari 500 L. Kecepatan pengaduk ditentukan oleh

pengadukan.

viskositas fluida dan ukuran geometri sistem Kecepatan sedang yang digunakan berkisar pada kecepatan 1150 rpm.

Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk larutan sirup kental dan minyak pernis. Jenis ini paling sering digunakan untuk meriakkan permukaan pada viskositas yang rendah, mengurangi waktu pencampuran, mencampuran larutan dengan viskositas yang berbeda dan bertujuan untuk memanaskan atau mendinginkan.

2.3.3 Kecepatan Putaran Tinggi Kecepatan tinggi yang digunakan berkisar pada kecepatan 1750 rpm.

Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk fluida dengan viskositas rendah misalnya air. Tingkat pengadukan ini menghasilkan permukaan yang cekung pada viskositas yang rendah dan dibutuhkan ketika waktu pencampuran sangat lama atau perbedaan viskositas sangat besar.

2.4 Jumlah Pengaduk

Penambahan jumlah pengaduk yang digunakan pada dasarnya untuk tetap menjaga efektifitas pengadukan pada kondisi yang berubah. Ketinggian fluida yang lebih besar dari diameter tangki, disertai dengan viskositas fluida yang lebih besar dan diameter pengaduk yang lebih kecil dari dimensi yang biasa digunakan, merupakan kondisi dimana pengaduk yang digunakan lebih dari satu buah, dengan jarak antara pengaduk sama dengan jarak pengaduk paling bawah ke dasar tangki. Penjelasan mengenai kondisi pengadukan dimana lebih dari satu pengaduk yang digunakan dapat dilihat dalam Tabel 2.1

Hardjomidjoo,1992)

Tabel 2.1. Kondisi untuk pemilihan pengaduk (sumber:

Satu Pengaduk Dua Pengaduk

Fluida dengan viskositas rendah Fluida dengan viskositas sedang dang tinggi

Pengaduk menyapu dasar tangki Pengaduk pada tangki yang dalam Kecepatan balik aliran yang tinggi Gaya gesek aliran besar Ketinggian permukaan cairan yang Ukuran mounting nozzle yang minimal bervariasi

2.4.1 Pemilihan Jenis Pengaduk

Viskositas dari cairan adalah salah satu dari beberapa faktor yang mempengaruhi pemilihan jenis pengaduk. Indikasi dari rentang viskositas pada setiap jenis pengaduk adalah : a.

Pengaduk jenis baling-baling digunakan untuk viskositas fluida di bawah Pa.s (3000 cP).

Pengaduk jenis turbin bisa digunakan untuk viskositas di bawah 100 Pa.s (100.000 cp).

Pengaduk jenis dayung yang dimodifikasi seperti pengaduk jangkar bisa digunakan untuk viskositas antara 50 - 500 Pa.s (500.000 cP) d.

Pengaduk jenis pita melingkar biasa digunakan untuk viskositas di atas 1000 Pa.s dan telah digunakan hingga viskositas 25.000 Pa.s. Untuk viskositas lebih dari 2,5 - 5 Pa.s (5000 cP) dan diatasnya, sekat tidak diperlukan karena hanya terjadi pusaran kecil.

Gambar 2.6 Pola aliran yang dihasilkan oleh jenis-jenis pengaduk yang berbeda, (a) Impeller, (b) Propeller, (c) Paddle dan (d) Helical ribbonTabel 2.2 Daerah Penggunaan Berbagai Tipe Pengaduk Berdasarkan Viskositas (Sumber:Demal didalam Hardjomidjoo,1992)

Tipe Pengaduk Viscositas (Centipoises)

4
3
-2
1
0

Turbin Keterangan :

2 Heliks Berulir

Paddle Propeller

Proses Batch Dari tabel 2.2. Pada Gambar dibawah diperlihatkan pembagian (daerah kegunaan) Tipe Pengaduk berdasarkan viskositas. Pengaduk turbin dapat diguanakan pada kisaran viskositas 0,0001 - 5 Pa.s, sedangkan pengaduk baling - balig (propeller) dapat berkisar 0,0001 - 1 Pa.s

Propeller, turbine dan paddle secara umum digunakan pada sistem yang kekentalannya rendah dan beroperasi pada putaran dengan kecepatan tinggi.

Kecepatan dari tipe turbine berada pada 3 m/s. Propeller memiliki kecepatan lebih cepat dan paddle lebih rendah dari tipe turbine.

Secara umum dapat dikelompokkan bahwa propeller, turbine, dan paddle digunakan untuk mencampur dengan kekentalan rendah, campuran antara cairan dengan cairan, membubarkan gas dalam cairan dengan kekentalan rendah, menyingkirkan benda padat pada cairan dengan kekentalan yang rendah. Untuk

anchor , helical ribbon dan helical screw digunakan untuk mencampur dengan

kekentalan tinggi.

2.5 Aliran Fluida Fluida adalah suatu zat yang dapat mengalir bisa berupa cairan atau gas..

Pemakaian mekanika kepada medium kontinyu, baik benda padat maupun fluida adalah didasari pada hukum gerak newton yang digabungkan dengan hukum gaya yang sesuai.

Salah satu cara untuk menjelaskan gerak suatu fluida adalah dengan membagi –bagi fluida tersebut menjadi elemen volume yang sangat kecil yang dapat dinamakan partikel fluida dan mengikuti gerak masing-masing partikel ini. Suatu massa fluida yang mengalir selalu dapat dibagi-bagi menjadi tabung aliran, bila aliran tersebut adalah tunak, waktu tabung-tabung tetap tidak berubah bentuknya dan fluida yang pada suatu saat berada didalam sebuah tabung akan tetap berada dalam tabung ini seterusnya. Kecepatan aliran didalam tabung aliran adalah sejajar dengan tabung dan mempunyai besar berbanding terbalik dengan luas penampangnya. (pantar,s, 1997)

2.5.1 Macam Aliran fluida

Aliran dapat diklasifikasikan (digolongkan) dalam banyak jenis seperti: turbulen, laminar, nyata, ideal, mampu balik, tak mampu balik, seragam, tak seragam, rotasional, tak rotasional. Aliran fluida terdapat dua jenis aliran yaitu :

1. Aliran laminer

2. Aliran turbulensi Cairan dengan rapat massa yang akan lebih mudah mengalir dalam keadaan laminer. Dalam aliran fluida perlu ditentukan besarannya, atau arah vektor kecepatan aliran pada suatu titik ke titik yang lain. Agar memperoleh penjelasan tentang medan fluida, kondisi rata-rata pada daerah atau volume yang kecil dapat ditentukan dengan instrument yang sesuai.

Pengukuran aliran adalah untuk mengukur kapasitas aliran, massa laju aliran, volume aliran. Pemilihan alat ukur aliran tergantung pada ketelitian, kemampuan pengukuran, harga, kemudahan pembacaan, kesederhanaan dan keawetan alat ukur tersebut. Dalam pengukuran fluida termasuk penentuan tekanan, kecepatan, debit, gradien kecepatan, turbulensi dan viskositas. Terdapat banyak cara melaksanakan pengukuran – pengukuran , misalnya : langsung, tak langsung, gravimetrik, volumetrik, elektronik, elektromagnetik dan optik. Pengukuran debit secara langsung terdiri dari atas penentuan volume atau berat fluida yang melalui suatupenampang dalam suatu selang waktu tertentu.

Metoda tak langsung bagi pengukuran debit memerlukan penentuan tinggi tekanan, perbedaan tekanan atau kecepatan dibeberapa di titik pada suatu penampang dan dengan besaran perhitungan debit. Metode pengukuran aliran yang paling teliti adalah penentuan gravimerik atau penentuan volumetrik dengan berat atau volume diukur atau penentuan dengan mempergunakan tangki yang dikalibrasikan untuk selang waktu yang diukur.

Pada prinsipnya besar aliran fluida dapat diukur melalui :

1. Kecepatan (velocity)

2. Berat (massanya)

3. Luas bidang yang dilaluinya 4. Volumenya.

2.5.2 Pola Alir Liquid

Impeller Pitch Blade Turbine ( PBT ) adalah tipe impeller dengan aliran

aksial, sirkulasi aliran beroperasi secara pumping down dan pumping up yang mana seringkali digunakan. Menurut Nurtono,et,al ( 2009 ). Aliran yang dihasilkan oleh pumping down PBT terdapat tiga pola aliran yang dikenali yaitu: 1.

Double Circulation ( DC ) Pada Pola DC terdapat dua circulation loops, yang utama melalui daerah dintara blades dan yang kedua dekat dengan dasar tangki. Pola ini dipertimbangkan sebagai aliran rata – rata dari impeller PBT. Dua loops dihasilkan dari jet yang diinduksi oleh impeller, mengenai dinding yangki dibawah ketinggian impeller sebelum akhirnya terpisah menjadi dua aliran. Satu langsung turun dan dipantulkan oleh dasar tangki, menjadi loop kedua. Aliran lain bergerak secara aksial mendekati dinding samping dari tangki, dan kemudian kembali pada impeller shaft, mengalir turun menuju impeller menjadi loop utama.

2. Full Circulation Discharge ( FC ) Pada Pola FC menggambarkan dimana impeller menghasilkan pumping down circulation loop yang hampir terjadi diseluruh tangki.

3. Main Circulation Interaction ( IP ) Pada Pola IP menggambarkan aliran yang berpotongan melalui sumbu axis dari tangki. Bagian dari loop kedua yang mengalir diatas dasar tangki berpotongan terhadap boundary diantara loop utama dan kedua pada sisi yang berseberangan.

2.5.3 Parameter Hidrodinamika dalam Tangki Berpengaduk

2 η

) N = Putaran Pengaduk (Rpm) Dt = Diameter pengaduk ( m )

= Densitas cairan dalam tangki ( kg/m

= Kekentalan ( kg/m.detik) ⍴

N Re = Bilangan Reynold η

...................................................................pers13 Dimana:

Menurut Geankoplis ( 2003 ), dalam suatu peningkatan skala pada tangki berpengaduk, jika kesamaan geometrik peralatan skala kecil ke skala besar dipertahankan pada kondisi yang sama , maka bagian – bagian yang relevan dengan perilaku cairan dalam tangki berpengaduk adalah tenaga yang digunakan untuk agitasi ( P ) dan kecepatan putar pengaduk ( N ). Konsumsi energi oleh tangki berpengaduk digambarkan dengan Bilangan Power ( Power Number ). Bilangan Power merupakan bilangan yang tak berdimensi yang diperoleh dengan persamaan:

Np =

N Re =

Reynolds merupakan rasio antara inersia dengan kekentalan. Bilangan Reynolds ( N Re ) didefinisikan sebagai berikut :

Np = Bilangan Power N = Putaran Pengaduk (rpm) D = Diameter Pengaduk (mm) P = Daya Pergerakan cairan di dalam tangki berpengaduk dapat digambarkan dengan bilangan tak berdimensi lain, yaitu bilangan reynolds ( N Re ). Bilangan

...................................................................pers12 Dimana :

⍴

⍴ Bilangan tak berdimensi ini menunjukkan perbandingan antara gaya inersia dengan gaya gravitasi. Bilangan Fraude dapat dihitung dengan persamaan berikut : ₂ ₂ ₂

( )

Fr = = = ...................................................pers14 Dimana:

Fr = Bilangan Fraude N = Kecepatan putaran pengaduk (Rpm) D = Diameter pengaduk (m)

g = Percepatan gravitasi (m/s ) Bilangan Fraude bukan merupakan variabel yang signifikan. Bilangan ini hanya diperhitungkan pada sistem pengadukan dalam tangki tidak bersekat. Pada sistem ini bentuk permukaan cairan dalam tangki akan dipengaruhi gravitasi sehinggamembentuk pusaran ( vortex ). Vorteks menunjukkan keseimbangan antara gaya gravitasi dengan gaya inersia.

Menurut Galletti et al. (2004) hubungan antara Bilangan Power ( Np ) dengan Bilangan Reynolds ( N Re ) biasanya digunakan untuk menggambarkan hubungan antara konsumsi energi dengan kecepatan pengadukan. Hubungan ini digambarkan dalam bentuk kurva tenaga ( power – curve ). Kurva ini diperoleh dengan cara memplotkan nilai – nilai Np dan N Re berdasarkan data hasil percobaan yang meragamkan nilai kecepatan pengaduk ( N ), diameter pengaduk ( D ), densitas (Ρ ), dan viskositas (η ) cairan pada tiap – tiap pengaduk yang mempunyai kesamaan geometrik tertentu.

2.6 Polietilena

Polietilena adalah bahan termoplastik yang digunakan secara luas oleh konsumen sebagai produk kantung plastik. Polietilena adalah polimer yang terdiri dari rantai panjang monomer. Di industri polietilena disingkat dengan PE molekul etana C2H4 adalah CH2 = CH2. Dua grup CH2 bersatu dengan ikatan ganda.

Polietilena dibentuk melalui proses polimerisasi dari etena. Bisa diproduksi melalui proses polimerisasi radikal, adisi ionik, adisi anionik, adisi kationik dan ion koordinasi. Setiap metode menghasilkan PE yang berbeda.

Gambar 2.7 Struktur Etilen dan Polietilena

Polietilena pertama kali disintesis oleh ahli kimia Jerman bernama Hans

von Pechmann yang melakukannya secara tidak sengaja pada tahun 1989 ketika

sedang memanaskan diazometana. Ketika koleganya, Euger Bamberger dan

Friedrich Tschirner mencari tahu tentang substansi putih, berlilin, mereka

mengetahui bahwa yang ia buat mengandung rantai panjang -CH - dan

2 menamakannya polimetilena.

Kegiatan sintesis polietilena secara industri pertama kali dilakukan, lagi- lagi, secara tidak sengaja, oleh Eric Fawcett dan Reignald Gibson pada tahun 1993 di fasilitas ICI di Northwich, Inggris. Ketika memperlakukan campuran etilena dan benzaldehida pada tekanan yang sangat tinggi, mereka mendapatkan substansi yang sama seperti yang didapatkan oleh Pechmann. Reaksi di inisiasi oleh keberadaan oksigen dalam reaksi sehingga sulit mereproduksinya pada saat itu. Namun, Micheal Perrin, ahli kimia ICI lainnya, berhasil mensintesisnya sesuai harapan pada tahun 1935, dan pada tahun 1939 industri LDPE pertama dimulai.

2.6.1 Sifat – Sifat Polietilena

Berdasarkan kristalinitas dan massa molekul, titik leleh, dan transisi gelas sulit melihat sifat fisik polietilena. Temperatur titik tersebut sangat bervariasi bergantung pada tipe polietilena. Pada tingkat komersil, polietilena berdensitas

o o

menengah dan tinggi, titik lelehnya berkisar 120 C hingga 135

C. Titik leleh

o o

polietilena berdensitas rendah berkisar 105 C hingga 115

C. Kebanyakan LDPE, MDPE, dan HDPE mempunyai tingkat resistansi kimia yang sangat baik dan tidak larut pada temperatur ruang karena sifat kristalinitas mereka. Polietilena umumnya bisa dilarutkan pada temperatur yang tinggi dalam hidrokarbon aromatik seperti toluena, xilena, atau larutan terklorinasi seperti triklorometana atau triklorobenzena.

2.6.2 Jenis Polietilena

Polietilena terdiri dari berbagai jenis berdasarkan kepadatan dan percabangan molekul. Sifat mekanis dari polietilena bergantung pada tipe percabangan, struktur kristal, dan berat molekulnya.

1. Polietilena bermassa molekul sangat tinggi (Ultra High Molecular Weight Polyethylene atau UHMWPE) 2. Polietilena bermassa molekul sangat rendah (Ultra Low Molecular Weight

Polyethylene atau ULMWPE) 3. Polietilena bermassa molekul tinggi (High Molecular Weight Polyethylene atau HMWPE)

4. Polietilena berdensitas tinggi (High Density Polyethylene atau HDPE) 5.

Polietilena cross-linked berdensitas tinggi (High Density Cross-Linked Polyethylene atau HDXLPE) 6. Polietilena cross-linked (Cross-Linked Polyethylene atau XLPE) 7. Polietilena berdensitas menengah (Medium Density Polyethylene atau

MDPE) 8. Polietilena berdensitas rendah (Low Density Polyethylene atau LDPE) 9. Polietilena linier berdensitas rendah (Linear Low Density Polyethylene atau LLDPE)

10. Polietilena berdensitas sangat rendah (Very Low Density Polyethylene atau VLDPE).

2.6.3 Polietilena Berdensitas Rendah atau LDPE

Polietilena berdensitas rendah (low density polyethylene, LDPE) adalah termoplastik yang terbuat dari minyak bumi. Pertama kali diproduksi oleh

Imperial Chemical Industries (ICI) pada tahun 1933 menggunakan tekanan tinggi

dan polimerisasi radikal. LDPE dapat didaur ulang, dan memiliki nomor 4 pada

3 LDPE dicirikan dengan densitas antara 0.910 - 0.940 g/cm dan tidak reaktif

padacuali oleh oksidator kuat dan beberapa jenis pelarut

dapat menyebabkan kerusakan. LDPE dapat bertahan pada temperatur 90 C dalam waktu yang tidak terlalu lama. LDPE memilikiyang banyak, lebih banyak dari pada HDPE sehinggaendah.

LDPE dapat didaur ulang, dan memiliki nomor 4 pada simbol daur ulang.

3 LDPE dicirikan dengan densitas antara 0.910 – 0.940 g/cm dan tidak reaktif pada

suhu kamar, kecuali oleh oksidator kuat dan beberapa jenis pelarut dapat

menyebabkan kerusakan. LDPE dapat bertahan pada temperatur 90 C dalam waktu yang tidak terlalu lama.

LDPE memiliki percabangan yang banyak, lebih banyak dari pada HDPE sehingga gaya antar molekulnya rendah. Ketahanan LDPE terhadap bahan kimia diantaranya: 1.

Tak ada kerusakan dari asam, basa, alkohol, dan ester 2. Kerusakan kecil dari keton, aldehida, dan minyak tumbuh-tumbuhan 3. Kerusakan menengah dari hidrokarbon alifatik, aromatik dan oksidator.

4. Kerusakan tinggi pada hidrokarbon terhalogenisasi.

Ketahanan LDPE terhadap bahan kimia diantaranya: 1.

Tak ada kerusakan dari

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Mixing - Perancangan Dan Simulasi Mesin Mixer Kapasitas 6,9 Liter Putaran 280 Rpm Menggunakan Ansys Fluent 14.0 Dan Pengujian