Penentuan Distribusi Ukuran Gelembung Air Dalam Kerosin Dengan Metode Pengapungan Batang (Bouyancy Weighing-Bar Method) Chapter III V
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Penelitian, Departemen Teknik
Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Penelitian ini dilaksanakan
selama 6 bulan. Pada penelitian ini dikaji kecepatan pemisahan air dan kerosin,
sekaligus diukur DSD dari air dalam kerosin.
3.1
BAHAN YANG DIGUNAKAN
1.
Kerosin (ρ = 0,810 gr/cm3)
2.
Air (ρ = 0,99708 gr/cm3)
3.2
PERALATAN YANG DIGUNAKAN
1.
Neraca analitik PW 254 dengan ketelitian 0,0001 g dengan pengait di bawah
2.
Pengaduk khusus, untuk menghomogenkan suspensi di awal percobaan
3.
Gas
Chromatography
sebagai
pembanding/menguji
kemurnian
hasil
pemisahan air dan kerosin.
4.
Coulter LS100 sebagai pembanding/menguji hasil.
Ilustrasi gambar peralatan dapat dilihat seperti pada gambar 3.1.
3.3
RANCANGAN PENELITIAN
Material sampel yang diteliti adalah campuran air dalam kerosin. Batang yang
digunakan terbuat dari aluminium dengan bentuk silinder dan memiliki panjang 210
mm dan densitas : 2.70×103 kg/m3. Tabung yang digunakan memiliki diameter 60
dan 65 mm. Rancangan percobaan dapat dilihat pada Tabel 3.1 berikut.
Tabel 3.1 Tabel Rancangan Percobaan
Diameter Batang
Kerosin : Air
99%: 1% (A)
98%: 2% (B)
97% : 3% (C)
96% : 4% (D)
95% : 5% (E)
Jumlah Run
20 mm
(1)
A1
B1
C1
D1
E1
5
15 mm
(2)
A2
B2
C2
D2
E2
5
10 mm
(3)
A3
B3
C3
D3
E3
5
Diameter Tangki
5 mm
(4)
A4
B4
C4
D4
E4
5
6,5 cm
(X)
A3X
1
6 cm
(Y)
A3Y
1
Jumlah
6
4
4
4
4
22
14
Universitas Sumatera Utara
Perlakuan penelitian dilakukan dengan mencampurkan air ke dalam kerosin
pada suhu 298 K (suhu kamar) sehingga terbentuk dua lapisan sesuai dengan
perbandingan konsentrasi tersebut di atas. Pada penelitian ini diukur lama pemisahan
antara air dengan kerosin, dimana pada pemisahan ini akan terbentuk 2 lapisan, yaitu
lapisan atas (kerosin) dan lapisan bawah (air), kemudian digunakan Metode
Pengapungan Batang untuk menentukan lamanya pemisahan dan mengkaji DSD.
Suhu ruangan dan suhu cairan adalah 298 K (suhu kamar). Semua campuran diaduk
sebelum dilakukan pengukuran. Lama pengukuran maksimal adalah 2 jam dan data
direkam setiap interval 1 detik.. Pada penelitian ini, DSD diukur berdasarkan
persamaan Stokes dan persamaan Allen, sedangkan untuk mengetahui kemurnian
dari air dan kerosin diuji dengan menggunakan metode Gas Chromatography (GC).
Untuk menyiapkan suspensi, 1000 ml campuran dimasukkan ke dalam gelas
ukur. Dengan mengunakan tali/benang yang sangat ringan, batang digantung dari
bawah neraca analitik. Setelah diaduk dengan pengaduk khusus, batang dimasukkan
ke dalam suspensi, dan dicatat sebagai t = 0 detik. Hal ini berlangsung selama 1 jam.
Setelah pengukuran selesai, DSD diukur berdasarkan teori pada Bab II.
1
2
5
3
4
6
7
Gambar 3.1 Skematik dari Peralatan Eksperimen
Ket :
1. Neraca analitik (analytical balance)
PW 254
2. Benang
penggantung
batang
(hanging wire)
3. Batang (weighing bar)
4. Gelas ukur (measuring glass
cylinder)
5. Fasa kontinu
6. Ruangan insulasi (insulation vessel)
7. Fasa terdispersi
15
Universitas Sumatera Utara
3.4
FLOWCHART PENELITIAN
Mulai
Air dan kerosin dengan perbandingan 1% : 99% dimasukan ke
dalam gelas ukur sebanyak 1000 ml, kemudian diaduk
Gelas ukur dimasukkan ke dalam rangkaian
peralatan
Waktu dan massa dicatat hingga massa
konstan
Dihitung waktu terpisahnya air dan
kerosin
Dihitung DSD dari pemisahan air di
dalam kerosin
Tidak
Ya
Apakah ada diameter
batang dan diameter
tangki yang lain ?
Tidak
Ya
Apakah ada perbandingan
konsentrasi air dan kerosin
yang lain ?
Selesai
Gambar 3.2 Flowchart Penelitian
16
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
PEMBAHASAN
4.1
APLIKASI METODE PENGAPUNGAN BATANG TERHADAP
WAKTU PEMISAHAN DENGAN PENGARUH DIAMETER BATANG
Pada penelitian ini, aplikasi Metode Pengapungan Batang terhadap waktu
pemisahan dilakukan pada perbandingan konsentrasi antara kerosin dengan air
sebesar 99% : 1%; 98% : 2%; 97% : 3%; 96% : 4% dan 95% : 5% yang divariasikan
dengan diameter ukuran batang.
4.1.1 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 99% Kerosin : 1% Air
Gambar 4.1 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa
batang untuk diameter batang 5 mm, 10 mm, 15 mm dan 20 mm dengan rasio
perbandingan konsentrasi 99% kerosin : 1% air. Dari gambar berikut dapat dilihat
bahwa pada diameter batang 20 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik
ke-0 hingga detik ke-120 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga
konstan sampai detik ke-900. Pada detik ke-900 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 15 mm
massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-112 dan massa
batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-800. Pada
detik ke-800 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada diameter batang 10 mm massa batang terus meningkat cepat
mulai detik ke-0 hingga detik ke-110 dan massa batang mulai meningkat secara
perlahan hingga konstan sampai detik ke-1500. Pada detik ke-1500 massa batang
sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada
diameter batang 5 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga
detik ke-115 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan
sampai detik ke-800. Pada detik ke-800 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah.
17
Universitas Sumatera Utara
Massa batang (x 10-6 kg)
Kerosin 99% : Air 1%
Waktu (detik)
Gambar 4.1 Grafik Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi
99% Kerosin : 1% Air dengan Pengaruh Diameter Batang
Pada awal proses, gelembung
yang berukuran besar akan mengendap
terlebih dahulu sehingga kenaikan massa batang yang terjadi cukup besar.
Semakin lama waktu, maka kenaikan massa batang mulai menjadi berkurang
sampai tidak ada lagi perubahan atau massa batang menjadi konstan [30]. Untuk
mengetahui kerosin dan air sudah terpisah dengan sempurna digunakan metode Gas
Chromatography. Sampel yang diambil untuk menguji kadar kerosin adalah sampel
pada detik ke-110 dan pada detik ke-1500. Pada detik ke-110 massa batang sudah
mulai konstan menandakan bahwa kerosin dan air sudah terpisah tetapi belum
18
Universitas Sumatera Utara
sempurna dengan kadar kerosin sebesar 89,3359%. Namun, massa batang tersebut
masih tetap meningkat secara perlahan sampai detik ke-1500 dengan kadar kerosin
sebesar 98,9741% dari kadar awal kerosin sebesar 100%. Hal ini terjadi karena
neraca analitik yang digunakan pada penelitian ini memiliki ketelitian hanya 0,0001
(4 desimal), sehingga batang menjadi konstan dengan waktu yang singkat.
Pada proses pemisahan ini, terdapat perbedaaan waktu pemisahan yang
sangat kecil jika dibandingkan antara pemisahan air dalam minyak dengan
menggunakan batang dan tanpa menggunakan batang. Hal ini terjadi karena adanya
wall effect yang menyebabkan perbedaan waktu pemisahan.
Pada dasarnya, kadar kerosin untuk detik ke-110 dan detik ke-1500 adalah
sama untuk semua variasi ukuran diameter batang, namun pada penelitian ini hanya
pada batang 10 mm yang sudah mulai konstan pada detik ke-110 hingga detik ke1500. Hal ini menunjukkan bahwa, batang dengan ukuran diameter 10 mm mampu
mendeteksi perpindahan gelembung dibandingkan dengan diameter ukuran batang
lainnya.
4.1.2 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 98% Kerosin : 2% Air
Gambar 4.2 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa
batang untuk diameter batang 5 mm, 10 mm 15 mm dan 20 mm dengan rasio
perbandingan konsentrasi 98% kerosin : 2% air. Dari gambar berikut dapat dilihat
bahwa pada diameter batang 20 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik
ke-0 hingga detik ke-125 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga
konstan sampai detik ke-772. Pada detik ke-772 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 15 mm
massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-115 dan massa
batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-784. Pada
detik ke-784 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada diameter batang 10 mm massa batang terus meningkat cepat
mulai detik ke-0 hingga detik ke-112 dan massa batang mulai meningkat secara
perlahan hingga konstan sampai detik ke-900. Pada detik ke-900 massa batang sudah
konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter
batang 5 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-
19
Universitas Sumatera Utara
120 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik
ke-900. Pada detik ke-900 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa
kerosin dan air sudah terpisah.
batang
10-6 kg)
MassaMassa
batang
(x 10-6(xkg)
Kerosin 98 % : Air 2 %
Waktu (detik)
Gambar 4.2 Grafik Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi
98% Kerosin : 2% Air dengan Pengaruh Diameter Batang
Pada proses pemisahan ini, terdapat perbedaaan waktu pemisahan yang
sangat kecil jika dibandingkan antara pemisahan air dalam minyak dengan
menggunakan batang dan tanpa menggunakan batang. Hal ini terjadi karena adanya
wall effect yang menyebabkan perbedaan waktu pemisahan.
20
Universitas Sumatera Utara
Pada penelitian ini, massa batang menjadi konstan dalam waktu yang singkat.
Massa batang yang konstan menandakan bahwa kerosin dan air sudah terpisah,
namun belum sempurna. Hal ini terjadi karena, neraca analitik yang digunakan hanya
memiliki ketelitian 0,0001 (4 desimal). Pada awal proses, gelembung
yang
berukuran besar akan mengendap terlebih dahulu sehingga kenaikan massa batang
yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka kenaikan massa batang
mulai menjadi berkurang sampai tidak ada lagi perubahan atau massa batang
menjadi konstan [30].
4.1.3 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 97% Kerosin : 3% Air
Gambar 4.3 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa
batang untuk diameter batang 5 mm, 10 mm, 15 mm dan 20 mm dengan rasio
perbandingan konsentrasi 97% kerosin : 3% air. Dari gambar berikut dapat dilihat
bahwa pada diameter batang 20 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik
ke-0 hingga detik ke-133 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga
konstan sampai detik ke-800. Pada detik ke-800 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 15 mm
massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-124 dan massa
batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-900. Pada
detik ke-900 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada diameter batang 10 mm massa batang terus meningkat cepat
mulai detik ke-0 hingga detik ke-129 dan massa batang mulai meningkat secara
perlahan hingga konstan sampai detik ke-750. Pada detik ke-750 massa batang sudah
konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter
batang 5 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke128 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik
ke-719. Pada detik ke-719 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa
kerosin dan air sudah terpisah.
Pada proses pemisahan ini, terdapat perbedaaan waktu pemisahan yang
sangat kecil jika dibandingkan antara pemisahan air dalam minyak dengan
menggunakan batang dan tanpa menggunakan batang. Hal ini terjadi karena adanya
wall effect yang menyebabkan perbedaan waktu pemisahan.
21
Universitas Sumatera Utara
Massa batang (x 10-6 kg)
Kerosin 97 % : Air 3 %
Waktu (detik)
Gambar 4.3 Grafik Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi
97% Kerosin : 3% Air dengan Pengaruh Diameter Batang
Pada penelitian ini, massa batang menjadi konstan dalam waktu yang singkat.
Massa batang yang konstan menandakan bahwa kerosin dan air sudah terpisah,
namun belum sempurna. Hal ini terjadi karena, neraca analitik yang digunakan hanya
memiliki ketelitian 0,0001 (4 desimal). Pada awal proses, gelembung
yang
berukuran besar akan mengendap terlebih dahulu sehingga kenaikan massa batang
22
Universitas Sumatera Utara
yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka kenaikan massa batang
mulai menjadi berkurang sampai tidak ada lagi perubahan atau massa batang
menjadi konstan [30].
4.1.4 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 96% Kerosin : 4% Air
Gambar 4.4 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa
batang untuk diameter batang 5 mm, 10 mm, 15 mm dan 20 mm dengan rasio
perbandingan konsentrasi 96% kerosin : 4% air.
Pada awal proses, gelembung
yang berukuran besar akan mengendap
terlebih dahulu sehingga kenaikan massa batang yang terjadi cukup besar.
Semakin lama waktu, maka kenaikan massa batang mulai menjadi berkurang
sampai tidak ada lagi perubahan atau massa batang menjadi konstan [30].
Dari gambar berikut dapat dilihat bahwa pada diameter batang 20 mm massa
batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-150 dan massa batang
mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-1000. Pada detik
ke-1000 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada diameter batang 15 mm massa batang terus meningkat cepat
mulai detik ke-0 hingga detik ke-134 dan massa batang mulai meningkat secara
perlahan hingga konstan sampai detik ke-759. Pada detik ke-759 massa batang
sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada
diameter batang 10 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga
detik ke-132 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan
sampai detik ke-750. Pada detik ke-750 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 5 mm
massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-146 dan massa
batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-917. Pada
detik ke-917 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada penelitian ini, massa batang menjadi konstan dalam waktu yang
singkat. Massa batang yang konstan menandakan bahwa kerosin dan air sudah
terpisah, namun belum sempurna. Hal ini terjadi karena, neraca analitik yang
digunakan hanya memiliki ketelitian 0,0001 (4 desimal).
Pada proses pemisahan ini, terdapat perbedaaan waktu pemisahan yang
sangat kecil jika dibandingkan antara pemisahan air dalam minyak dengan
23
Universitas Sumatera Utara
menggunakan batang dan tanpa menggunakan batang. Hal ini terjadi karena adanya
wall effect yang menyebabkan perbedaan waktu pemisahan.
Massa batang (x 10-6 kg)
Kerosin 96 % : Air 4 %
Waktu (detik)
Gambar 4.4 Grafik Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi
96% Kerosin : 4% Air dengan Pengaruh Diameter Batang
24
Universitas Sumatera Utara
4.1.5 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 95% Kerosin : 5% Air
Gambar 4.5 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa
batang untuk diameter batang 5 mm,10 mm,15 mm dan 20 mm dengan rasio
perbandingan konsentrasi 95% kerosin : 5% air.
Massa batang (x 10-6 kg)
Kerosin 95 % : Air 5 %
Waktu (detik)
Gambar 4.5 Grafik Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi
95% Kerosin : 5% Air dengan Pengaruh Diameter Batang
25
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar berikut dapat dilihat bahwa pada diameter batang 20 mm massa
batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-200 dan massa batang
mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-1001. Pada detik
ke-1001 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada diameter batang 15 mm massa batang terus meningkat cepat
mulai detik ke-0 hingga detik ke-164 dan massa batang mulai meningkat secara
perlahan hingga konstan sampai detik ke-1110. Pada detik ke-1110 massa batang
sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada
diameter batang 10 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga
detik ke-146 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan
sampai detik ke-815. Pada detik ke-815 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 5 mm
massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-150 dan massa
batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-618. Pada
detik ke-618 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada penelitian ini, massa batang menjadi konstan dalam waktu yang
singkat. Massa batang yang konstan menandakan bahwa kerosin dan air sudah
terpisah, namun belum sempurna. Hal ini terjadi karena, neraca analitik yang
digunakan hanya memiliki ketelitian 0,0001 (4 desimal).
Pada proses pemisahan ini, terdapat perbedaaan waktu pemisahan yang
sangat kecil jika dibandingkan antara pemisahan air dalam minyak dengan
menggunakan batang dan tanpa menggunakan batang. Hal ini terjadi karena adanya
wall effect yang menyebabkan perbedaan waktu pemisahan. Pada awal proses,
gelembung
yang berukuran besar akan mengendap terlebih dahulu sehingga
kenaikan massa batang yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka
kenaikan massa batang mulai menjadi berkurang sampai tidak ada lagi
perubahan atau massa batang menjadi konstan [30].
26
Universitas Sumatera Utara
4.2
APLIKASI METODE PENGAPUNGAN BATANG TERHADAP
ESTIMASI DISTRIBUSI UKURAN GELEMBUNG DENGAN
PENGARUH UKURAN DIAMETER BATANG
Pada penelitian ini, estimasi distribusi ukuran gelembung dilakukan pada
perbandingan konsentrasi antara kerosin dengan air sebesar 99% : 1% dan 98% : 2%
yang divariasikan dengan ukuran diameter batang.
4.2.1 Estimasi Ukuran Gelembung Pada Perbandingan Konsentrasi 99%
Kerosin : 1% Air dengan Pengaruh Ukuran Diameter Batang
Gambar 4.6 berikut memberikan grafik distribusi ukuran gelembung
dengan perbandingan massa batang terhadap waktu dengan rasio konsentrasi
99% kerosin : 1% air, dimana hasil data yang diperoleh diolah menggunakan
perhitungan dengan metode hukum Stokes dan metode Allen dan
dibandingkan dengan metode Coulter Counter.
Konsentrasi 99% Kerosin : 1% Air
Konsentrasi 99% Kerosin : 1% Air
(a)
(b)
Gambar 4.6 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Perbandingan Konsentrasi
99% Kerosin : 1% Air dengan (a) Metode Hukum Stokes dan (b) Metode Allen
Gambar (a) menunjukkan distribusi ukuran gelembung yang diperoleh dari
perhitungan dengan metode Stokes dan Gambar (b) menunjukkan distribusi ukuran
gelembung yang diperoleh dari perhitungan dengan menggunakan metode Allen.
Pada grafik tersebut dapat dilihat bahwa perhitungan dengan menggunakan metode
Stokes lebih mendekati dengan hasil yang diperoleh pada metode Coulter Counter
dibandingkan dengan metode Allen, hal ini dikarenakan gelembung yang dihasilkan
oleh rasio konsentrasi 99 % kerosin : 1 % air memiliki Bilangan Reynold dengan
27
Universitas Sumatera Utara
rentang yang berada pada aliran Stokes, yaitu Re < 0,2. Jadi, dapat disimpulkan
bahwa metode Stokes lebih sesuai dibandingkan dengan metode Allen dalam
mengukur distribusi ukuran gelembung dari rasio konsentrasi 99% kerosin : 1% air.
Percobaan ini menggunakan variasi ukuran diameter batang, untuk
mengetahui ukuran diameter batang yang paling tepat dalam mengukur distribusi
ukuran gelembung. Dari hasil perhitungan dengan menggunakan metode Stokes,
distribusi ukuran gelembung pada diameter batang 10 mm dan 15 mm lebih
mendekati hasil dari metode Coulter Counter dibandingkan dengan diameter 5 mm
dan 20 mm. Jadi, dapat disimpulkan bahwa Metode Pengapungan Batang ini dapat
digunakan untuk memberikan distribusi ukuran gelembung. Tabel 4.1 menunjukkan
hasil ukuran gelembung yang didapat dari persamaan Allen dan Stokes dengan
ukuran diameter batang yang digunakan.
Tabel 4.1 Ukuran Diameter Batang dan Ukuran Gelembung pada Konsentrasi 99%
Kerosin : 1% Air
Ukuran Diameter
Batang (mm)
20
Stokes
Allen
Ukuran Gelembung (µ
µm) Ukuran Gelembung (µ
µm)
4,67-140,12
1,14-171,23
15
5,58-140,12
1,63-171,23
10
3,70-140,12
0,78-256,85
5
5,73-140,12
1,71-146,77
4.2.2 Estimasi Ukuran Gelembung Pada Perbandingan Konsentrasi 98%
Kerosin : 2% Air dengan Pengaruh Ukuran Diameter Batang
Gambar 4.7 berikut memberikan grafik distribusi ukuran gelembung dengan
perbandingan massa batang terhadap waktu dengan rasio konsentrasi 98% kerosin :
2% air, dimana hasil data yang diperoleh diolah menggunakan perhitungan dengan
metode hukum Stokes dan metode Allen dan dibandingkan dengan metode Coulter
Counter. Gambar (a) menunjukkan distribusi ukuran gelembung yang diperoleh dari
perhitungan dengan metode Stokes, dimana dapat dilihat bahwa rentang distribusi
ukuran gelembung dengan perhitungan metode Stokes tidak sebanding dengan
metode Coulter Counter. Gambar (b) menunjukkan distribusi ukuran gelembung
yang diperoleh dari perhitungan dengan menggunakan metode Allen. Pada grafik
28
Universitas Sumatera Utara
tersebut dapat dilihat bahwa perhitungan dengan menggunakan metode Allen lebih
mendekati dengan hasil yang diperoleh pada metode Coulter Counter, hal ini
dikarenakan gelembung yang dihasilkan oleh rasio konsentrasi 98 % kerosin : 2 %
air memiliki bilangan reynold dengan rentang yang berada pada aliran Allen, yaitu
Re = 0,2 – 500. Jadi, dapat disimpulkan bahwa metode Allen lebih sesuai
dibandingkan dengan metode Stokes dalam mengukur distribusi ukuran gelembung
dari rasio konsentrasi 98% kerosin : 2% air.
(a)
(b)
Gambar 4.7 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Perbandingan Konsentrasi
98% Kerosin : 2% Air dengan (a) Metode Allen dan (b) Metode Hukum Stokes
Percobaan ini menggunakan variasi ukuran diameter batang, untuk
mengetahui ukuran diameter batang yang paling tepat dalam mengukur distribusi
ukuran gelembung. Dari hasil perhitungan dengan menggunakan metode Allen,
distribusi ukuran gelembung pada diameter batang 10 mm lebih mendekati hasil dari
metode Coulter Counter dibandingkan dengan diameter 5 mm, 15 mm dan 20 mm.
Jadi, dapat disimpulkan bahwa Metode Pengapungan Batang ini dapat digunakan
untuk memberikan distribusi ukuran gelembung. Tabel 4.2 menunjukkan hasil
ukuran gelembung yang didapat dari persamaan Allen dan Stokes dengan ukuran
diameter batang yang digunakan.
29
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.2 Ukuran Diameter Batang dan Ukuran Gelembung pada Konsentrasi 98%
Kerosin : 2% Air
Allen
Ukuran Diameter
Batang (mm)
4.3
Stokes
Ukuran Gelembung (µ
µm) Ukuran Gelembung (µ
µm)
20
1,34-146,77
5,05-140,12
15
1,31-146,77
5,00-140,12
10
0,89-146,77
4,15-140,12
5
1,14-146,77
4,68-140,12
APLIKASI METODE PENGAPUNGAN BATANG TERHADAP
ESTIMASI DISTRIBUSI UKURAN GELEMBUNG DENGAN
PENGARUH UKURAN DIAMETER TANGKI
Cumulative mass undersize (%)
99% Kerosin : 1% Air
Diameter Batang 10 mm
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
Coulter Counter
Diameter Tangki 6,5 cm
Diameter Tangki 6 cm
0
50
100
Droplet size (µm)
150
200
Gambar 4.8 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Perbandingan
Konsentrasi 99% Kerosin : 1% Air dengan Pengaruh Diameter Tangki
Gambar 4.8 menunjukkan grafik antara ukuran gelembung dengan kumulatif
massa undersize, dengan Metode Coulter Counter dan Metode Pengapungan Batang.
Metode Coulter Counter digunakan sebagai perbandingan untuk mengetahui
keakuratan metode pengapungan batang. Penelitian ini menggunakan variasi ukuran
diameter tangki, untuk mengetahui pengaruh ukuran diameter tangki terhadap
distribusi ukuran gelembung dan untuk mengetahui ukuran diameter tangki yang
paling tepat dalam mengukur distribusi ukuran gelembung. Ukuran diameter batang
yang digunakan dalam penelitian ini adalah batang dengan ukuran diameter sebesar
10 cm dan tangki yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebesar 6 cm dan 6,5
30
Universitas Sumatera Utara
cm dengan tinggi 35 cm. Tabel 4.3 menunjukkan hasil ukuran gelembung yang
didapat dari persamaan Stokes dengan ukuran diameter tangki yang digunakan.
Tabel 4.3 Ukuran Diameter Tangki dan Ukuran Gelembung
Ukuran Diameter Tangki (cm)
Ukuran Gelembung (µm)
6
4,10-140,12
6,5
3,70-140,12
Hasil yang diperoleh dari Metode Pengapungan Batang dengan pengaruh
ukuran diameter tangki menunjukkan bahwa rentang hasilnya sebanding dengan hasil
yang diperoleh dengan Metode Coulter Counter. Namun, hasil percobaan yang
menggunakan ukuran diameter tangki 6,5 cm lebih mendekati daripada ukuran
diameter tangki 6 cm. Hal ini dikarenakan bahwa ukuran gelembung semakin besar
ketika rasio luas penampang lebih dari 0,2. Hal ini disebabkan oleh wall effect yang
mempengaruhi kecepatan perpindahan dari gelembung. Dimana rasio luas
penampang dapat dihitung dengan persamaan berikut :
luas area penampang,
a luas penampang dari batang logam (a)
=
ac
luas penampang dari tabung (ac)
Distribusi ukuran gelembung hanya dapat diukur dengan menggunakan
metode pengapungan batang ketika rasio a/ac adalah 0,02 – 0,2 [31]. Dimana hasil
dari perhitungan a/ac untuk diameter tabung 6,5 cm dengan diameter batang 10 mm
sebesar 0,184889. Pada diameter tabung 6 cm dengan diameter batang 15 mm
diperoleh rasio a/ac sebesar 0,20155. Jadi, dapat disimpulkan bahwa Metode
Pengapungan Batang
tidak
dapat
mengukur
distribusi ukuran gelembung
menggunakan diameter batang yang besar dengan diameter tangki yang kecil.
31
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat di ambil dari penelitian yang telah di lakukan adalah:
1. Metode Pengapungan Batang dapat digunakan untuk menentukan waktu
pemisahaan kerosin-air pada rasio konsentrasi 99% : 1% dengan
menggunakan diameter batang 10 mm. Kemurnian kerosin yang dihasilkan
pada detik ke-110 sebesar 89,3359% dan pada detik ke-1500 didapat
98,9741% dari kadar awal kerosin sebesar sebesar 100%.
2. Metode pengapungan batang dapat mengukur distribusi ukuran gelembung
dan hasilnya sebanding dengan metode coulter counter.
3. Metode pengapungan batang tidak dapat mengukur distribusi ukuran
gelembung menggunakan diameter batang yang besar dengan diameter
tangki yang kecil.
5.2
SARAN
Saran yang dapat di ambil dari penelitian yang telah di lakukan adalah:
1.
Sebaiknya digunakan metode pembanding lain seperti metode karl fischer
untuk melakukan pengujian kemurnian kerosin agar hasil metode
Pengapungan Batang semakin diketahui keakuratannya.
2.
Sebaiknya digunakan metode pembanding yang lebih banyak seperti
metode laser diffraction/scattering dan metode microscopy untuk
melakukan pengujian distribusi ukuran gelembung agar hasil Metode
Pengapungan Batang semakin diketahui keakuratannya.
3.
Sebaiknya digunakan personal komputer untuk mencatat data agar
mendapatkan data yang lebih teliti.
4.
Sebaiknya digunakan neraca analitik dengan ketelitian lebih dari 4 desimal
agar hasil metode Pengapungan Batang semakin diketahui keakuratannya.
31
Universitas Sumatera Utara
METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Penelitian, Departemen Teknik
Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Penelitian ini dilaksanakan
selama 6 bulan. Pada penelitian ini dikaji kecepatan pemisahan air dan kerosin,
sekaligus diukur DSD dari air dalam kerosin.
3.1
BAHAN YANG DIGUNAKAN
1.
Kerosin (ρ = 0,810 gr/cm3)
2.
Air (ρ = 0,99708 gr/cm3)
3.2
PERALATAN YANG DIGUNAKAN
1.
Neraca analitik PW 254 dengan ketelitian 0,0001 g dengan pengait di bawah
2.
Pengaduk khusus, untuk menghomogenkan suspensi di awal percobaan
3.
Gas
Chromatography
sebagai
pembanding/menguji
kemurnian
hasil
pemisahan air dan kerosin.
4.
Coulter LS100 sebagai pembanding/menguji hasil.
Ilustrasi gambar peralatan dapat dilihat seperti pada gambar 3.1.
3.3
RANCANGAN PENELITIAN
Material sampel yang diteliti adalah campuran air dalam kerosin. Batang yang
digunakan terbuat dari aluminium dengan bentuk silinder dan memiliki panjang 210
mm dan densitas : 2.70×103 kg/m3. Tabung yang digunakan memiliki diameter 60
dan 65 mm. Rancangan percobaan dapat dilihat pada Tabel 3.1 berikut.
Tabel 3.1 Tabel Rancangan Percobaan
Diameter Batang
Kerosin : Air
99%: 1% (A)
98%: 2% (B)
97% : 3% (C)
96% : 4% (D)
95% : 5% (E)
Jumlah Run
20 mm
(1)
A1
B1
C1
D1
E1
5
15 mm
(2)
A2
B2
C2
D2
E2
5
10 mm
(3)
A3
B3
C3
D3
E3
5
Diameter Tangki
5 mm
(4)
A4
B4
C4
D4
E4
5
6,5 cm
(X)
A3X
1
6 cm
(Y)
A3Y
1
Jumlah
6
4
4
4
4
22
14
Universitas Sumatera Utara
Perlakuan penelitian dilakukan dengan mencampurkan air ke dalam kerosin
pada suhu 298 K (suhu kamar) sehingga terbentuk dua lapisan sesuai dengan
perbandingan konsentrasi tersebut di atas. Pada penelitian ini diukur lama pemisahan
antara air dengan kerosin, dimana pada pemisahan ini akan terbentuk 2 lapisan, yaitu
lapisan atas (kerosin) dan lapisan bawah (air), kemudian digunakan Metode
Pengapungan Batang untuk menentukan lamanya pemisahan dan mengkaji DSD.
Suhu ruangan dan suhu cairan adalah 298 K (suhu kamar). Semua campuran diaduk
sebelum dilakukan pengukuran. Lama pengukuran maksimal adalah 2 jam dan data
direkam setiap interval 1 detik.. Pada penelitian ini, DSD diukur berdasarkan
persamaan Stokes dan persamaan Allen, sedangkan untuk mengetahui kemurnian
dari air dan kerosin diuji dengan menggunakan metode Gas Chromatography (GC).
Untuk menyiapkan suspensi, 1000 ml campuran dimasukkan ke dalam gelas
ukur. Dengan mengunakan tali/benang yang sangat ringan, batang digantung dari
bawah neraca analitik. Setelah diaduk dengan pengaduk khusus, batang dimasukkan
ke dalam suspensi, dan dicatat sebagai t = 0 detik. Hal ini berlangsung selama 1 jam.
Setelah pengukuran selesai, DSD diukur berdasarkan teori pada Bab II.
1
2
5
3
4
6
7
Gambar 3.1 Skematik dari Peralatan Eksperimen
Ket :
1. Neraca analitik (analytical balance)
PW 254
2. Benang
penggantung
batang
(hanging wire)
3. Batang (weighing bar)
4. Gelas ukur (measuring glass
cylinder)
5. Fasa kontinu
6. Ruangan insulasi (insulation vessel)
7. Fasa terdispersi
15
Universitas Sumatera Utara
3.4
FLOWCHART PENELITIAN
Mulai
Air dan kerosin dengan perbandingan 1% : 99% dimasukan ke
dalam gelas ukur sebanyak 1000 ml, kemudian diaduk
Gelas ukur dimasukkan ke dalam rangkaian
peralatan
Waktu dan massa dicatat hingga massa
konstan
Dihitung waktu terpisahnya air dan
kerosin
Dihitung DSD dari pemisahan air di
dalam kerosin
Tidak
Ya
Apakah ada diameter
batang dan diameter
tangki yang lain ?
Tidak
Ya
Apakah ada perbandingan
konsentrasi air dan kerosin
yang lain ?
Selesai
Gambar 3.2 Flowchart Penelitian
16
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
PEMBAHASAN
4.1
APLIKASI METODE PENGAPUNGAN BATANG TERHADAP
WAKTU PEMISAHAN DENGAN PENGARUH DIAMETER BATANG
Pada penelitian ini, aplikasi Metode Pengapungan Batang terhadap waktu
pemisahan dilakukan pada perbandingan konsentrasi antara kerosin dengan air
sebesar 99% : 1%; 98% : 2%; 97% : 3%; 96% : 4% dan 95% : 5% yang divariasikan
dengan diameter ukuran batang.
4.1.1 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 99% Kerosin : 1% Air
Gambar 4.1 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa
batang untuk diameter batang 5 mm, 10 mm, 15 mm dan 20 mm dengan rasio
perbandingan konsentrasi 99% kerosin : 1% air. Dari gambar berikut dapat dilihat
bahwa pada diameter batang 20 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik
ke-0 hingga detik ke-120 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga
konstan sampai detik ke-900. Pada detik ke-900 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 15 mm
massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-112 dan massa
batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-800. Pada
detik ke-800 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada diameter batang 10 mm massa batang terus meningkat cepat
mulai detik ke-0 hingga detik ke-110 dan massa batang mulai meningkat secara
perlahan hingga konstan sampai detik ke-1500. Pada detik ke-1500 massa batang
sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada
diameter batang 5 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga
detik ke-115 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan
sampai detik ke-800. Pada detik ke-800 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah.
17
Universitas Sumatera Utara
Massa batang (x 10-6 kg)
Kerosin 99% : Air 1%
Waktu (detik)
Gambar 4.1 Grafik Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi
99% Kerosin : 1% Air dengan Pengaruh Diameter Batang
Pada awal proses, gelembung
yang berukuran besar akan mengendap
terlebih dahulu sehingga kenaikan massa batang yang terjadi cukup besar.
Semakin lama waktu, maka kenaikan massa batang mulai menjadi berkurang
sampai tidak ada lagi perubahan atau massa batang menjadi konstan [30]. Untuk
mengetahui kerosin dan air sudah terpisah dengan sempurna digunakan metode Gas
Chromatography. Sampel yang diambil untuk menguji kadar kerosin adalah sampel
pada detik ke-110 dan pada detik ke-1500. Pada detik ke-110 massa batang sudah
mulai konstan menandakan bahwa kerosin dan air sudah terpisah tetapi belum
18
Universitas Sumatera Utara
sempurna dengan kadar kerosin sebesar 89,3359%. Namun, massa batang tersebut
masih tetap meningkat secara perlahan sampai detik ke-1500 dengan kadar kerosin
sebesar 98,9741% dari kadar awal kerosin sebesar 100%. Hal ini terjadi karena
neraca analitik yang digunakan pada penelitian ini memiliki ketelitian hanya 0,0001
(4 desimal), sehingga batang menjadi konstan dengan waktu yang singkat.
Pada proses pemisahan ini, terdapat perbedaaan waktu pemisahan yang
sangat kecil jika dibandingkan antara pemisahan air dalam minyak dengan
menggunakan batang dan tanpa menggunakan batang. Hal ini terjadi karena adanya
wall effect yang menyebabkan perbedaan waktu pemisahan.
Pada dasarnya, kadar kerosin untuk detik ke-110 dan detik ke-1500 adalah
sama untuk semua variasi ukuran diameter batang, namun pada penelitian ini hanya
pada batang 10 mm yang sudah mulai konstan pada detik ke-110 hingga detik ke1500. Hal ini menunjukkan bahwa, batang dengan ukuran diameter 10 mm mampu
mendeteksi perpindahan gelembung dibandingkan dengan diameter ukuran batang
lainnya.
4.1.2 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 98% Kerosin : 2% Air
Gambar 4.2 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa
batang untuk diameter batang 5 mm, 10 mm 15 mm dan 20 mm dengan rasio
perbandingan konsentrasi 98% kerosin : 2% air. Dari gambar berikut dapat dilihat
bahwa pada diameter batang 20 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik
ke-0 hingga detik ke-125 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga
konstan sampai detik ke-772. Pada detik ke-772 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 15 mm
massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-115 dan massa
batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-784. Pada
detik ke-784 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada diameter batang 10 mm massa batang terus meningkat cepat
mulai detik ke-0 hingga detik ke-112 dan massa batang mulai meningkat secara
perlahan hingga konstan sampai detik ke-900. Pada detik ke-900 massa batang sudah
konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter
batang 5 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-
19
Universitas Sumatera Utara
120 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik
ke-900. Pada detik ke-900 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa
kerosin dan air sudah terpisah.
batang
10-6 kg)
MassaMassa
batang
(x 10-6(xkg)
Kerosin 98 % : Air 2 %
Waktu (detik)
Gambar 4.2 Grafik Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi
98% Kerosin : 2% Air dengan Pengaruh Diameter Batang
Pada proses pemisahan ini, terdapat perbedaaan waktu pemisahan yang
sangat kecil jika dibandingkan antara pemisahan air dalam minyak dengan
menggunakan batang dan tanpa menggunakan batang. Hal ini terjadi karena adanya
wall effect yang menyebabkan perbedaan waktu pemisahan.
20
Universitas Sumatera Utara
Pada penelitian ini, massa batang menjadi konstan dalam waktu yang singkat.
Massa batang yang konstan menandakan bahwa kerosin dan air sudah terpisah,
namun belum sempurna. Hal ini terjadi karena, neraca analitik yang digunakan hanya
memiliki ketelitian 0,0001 (4 desimal). Pada awal proses, gelembung
yang
berukuran besar akan mengendap terlebih dahulu sehingga kenaikan massa batang
yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka kenaikan massa batang
mulai menjadi berkurang sampai tidak ada lagi perubahan atau massa batang
menjadi konstan [30].
4.1.3 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 97% Kerosin : 3% Air
Gambar 4.3 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa
batang untuk diameter batang 5 mm, 10 mm, 15 mm dan 20 mm dengan rasio
perbandingan konsentrasi 97% kerosin : 3% air. Dari gambar berikut dapat dilihat
bahwa pada diameter batang 20 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik
ke-0 hingga detik ke-133 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga
konstan sampai detik ke-800. Pada detik ke-800 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 15 mm
massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-124 dan massa
batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-900. Pada
detik ke-900 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada diameter batang 10 mm massa batang terus meningkat cepat
mulai detik ke-0 hingga detik ke-129 dan massa batang mulai meningkat secara
perlahan hingga konstan sampai detik ke-750. Pada detik ke-750 massa batang sudah
konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter
batang 5 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke128 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik
ke-719. Pada detik ke-719 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa
kerosin dan air sudah terpisah.
Pada proses pemisahan ini, terdapat perbedaaan waktu pemisahan yang
sangat kecil jika dibandingkan antara pemisahan air dalam minyak dengan
menggunakan batang dan tanpa menggunakan batang. Hal ini terjadi karena adanya
wall effect yang menyebabkan perbedaan waktu pemisahan.
21
Universitas Sumatera Utara
Massa batang (x 10-6 kg)
Kerosin 97 % : Air 3 %
Waktu (detik)
Gambar 4.3 Grafik Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi
97% Kerosin : 3% Air dengan Pengaruh Diameter Batang
Pada penelitian ini, massa batang menjadi konstan dalam waktu yang singkat.
Massa batang yang konstan menandakan bahwa kerosin dan air sudah terpisah,
namun belum sempurna. Hal ini terjadi karena, neraca analitik yang digunakan hanya
memiliki ketelitian 0,0001 (4 desimal). Pada awal proses, gelembung
yang
berukuran besar akan mengendap terlebih dahulu sehingga kenaikan massa batang
22
Universitas Sumatera Utara
yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka kenaikan massa batang
mulai menjadi berkurang sampai tidak ada lagi perubahan atau massa batang
menjadi konstan [30].
4.1.4 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 96% Kerosin : 4% Air
Gambar 4.4 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa
batang untuk diameter batang 5 mm, 10 mm, 15 mm dan 20 mm dengan rasio
perbandingan konsentrasi 96% kerosin : 4% air.
Pada awal proses, gelembung
yang berukuran besar akan mengendap
terlebih dahulu sehingga kenaikan massa batang yang terjadi cukup besar.
Semakin lama waktu, maka kenaikan massa batang mulai menjadi berkurang
sampai tidak ada lagi perubahan atau massa batang menjadi konstan [30].
Dari gambar berikut dapat dilihat bahwa pada diameter batang 20 mm massa
batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-150 dan massa batang
mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-1000. Pada detik
ke-1000 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada diameter batang 15 mm massa batang terus meningkat cepat
mulai detik ke-0 hingga detik ke-134 dan massa batang mulai meningkat secara
perlahan hingga konstan sampai detik ke-759. Pada detik ke-759 massa batang
sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada
diameter batang 10 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga
detik ke-132 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan
sampai detik ke-750. Pada detik ke-750 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 5 mm
massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-146 dan massa
batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-917. Pada
detik ke-917 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada penelitian ini, massa batang menjadi konstan dalam waktu yang
singkat. Massa batang yang konstan menandakan bahwa kerosin dan air sudah
terpisah, namun belum sempurna. Hal ini terjadi karena, neraca analitik yang
digunakan hanya memiliki ketelitian 0,0001 (4 desimal).
Pada proses pemisahan ini, terdapat perbedaaan waktu pemisahan yang
sangat kecil jika dibandingkan antara pemisahan air dalam minyak dengan
23
Universitas Sumatera Utara
menggunakan batang dan tanpa menggunakan batang. Hal ini terjadi karena adanya
wall effect yang menyebabkan perbedaan waktu pemisahan.
Massa batang (x 10-6 kg)
Kerosin 96 % : Air 4 %
Waktu (detik)
Gambar 4.4 Grafik Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi
96% Kerosin : 4% Air dengan Pengaruh Diameter Batang
24
Universitas Sumatera Utara
4.1.5 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 95% Kerosin : 5% Air
Gambar 4.5 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa
batang untuk diameter batang 5 mm,10 mm,15 mm dan 20 mm dengan rasio
perbandingan konsentrasi 95% kerosin : 5% air.
Massa batang (x 10-6 kg)
Kerosin 95 % : Air 5 %
Waktu (detik)
Gambar 4.5 Grafik Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi
95% Kerosin : 5% Air dengan Pengaruh Diameter Batang
25
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar berikut dapat dilihat bahwa pada diameter batang 20 mm massa
batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-200 dan massa batang
mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-1001. Pada detik
ke-1001 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada diameter batang 15 mm massa batang terus meningkat cepat
mulai detik ke-0 hingga detik ke-164 dan massa batang mulai meningkat secara
perlahan hingga konstan sampai detik ke-1110. Pada detik ke-1110 massa batang
sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada
diameter batang 10 mm massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga
detik ke-146 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan
sampai detik ke-815. Pada detik ke-815 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 5 mm
massa batang terus meningkat cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-150 dan massa
batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-618. Pada
detik ke-618 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada penelitian ini, massa batang menjadi konstan dalam waktu yang
singkat. Massa batang yang konstan menandakan bahwa kerosin dan air sudah
terpisah, namun belum sempurna. Hal ini terjadi karena, neraca analitik yang
digunakan hanya memiliki ketelitian 0,0001 (4 desimal).
Pada proses pemisahan ini, terdapat perbedaaan waktu pemisahan yang
sangat kecil jika dibandingkan antara pemisahan air dalam minyak dengan
menggunakan batang dan tanpa menggunakan batang. Hal ini terjadi karena adanya
wall effect yang menyebabkan perbedaan waktu pemisahan. Pada awal proses,
gelembung
yang berukuran besar akan mengendap terlebih dahulu sehingga
kenaikan massa batang yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka
kenaikan massa batang mulai menjadi berkurang sampai tidak ada lagi
perubahan atau massa batang menjadi konstan [30].
26
Universitas Sumatera Utara
4.2
APLIKASI METODE PENGAPUNGAN BATANG TERHADAP
ESTIMASI DISTRIBUSI UKURAN GELEMBUNG DENGAN
PENGARUH UKURAN DIAMETER BATANG
Pada penelitian ini, estimasi distribusi ukuran gelembung dilakukan pada
perbandingan konsentrasi antara kerosin dengan air sebesar 99% : 1% dan 98% : 2%
yang divariasikan dengan ukuran diameter batang.
4.2.1 Estimasi Ukuran Gelembung Pada Perbandingan Konsentrasi 99%
Kerosin : 1% Air dengan Pengaruh Ukuran Diameter Batang
Gambar 4.6 berikut memberikan grafik distribusi ukuran gelembung
dengan perbandingan massa batang terhadap waktu dengan rasio konsentrasi
99% kerosin : 1% air, dimana hasil data yang diperoleh diolah menggunakan
perhitungan dengan metode hukum Stokes dan metode Allen dan
dibandingkan dengan metode Coulter Counter.
Konsentrasi 99% Kerosin : 1% Air
Konsentrasi 99% Kerosin : 1% Air
(a)
(b)
Gambar 4.6 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Perbandingan Konsentrasi
99% Kerosin : 1% Air dengan (a) Metode Hukum Stokes dan (b) Metode Allen
Gambar (a) menunjukkan distribusi ukuran gelembung yang diperoleh dari
perhitungan dengan metode Stokes dan Gambar (b) menunjukkan distribusi ukuran
gelembung yang diperoleh dari perhitungan dengan menggunakan metode Allen.
Pada grafik tersebut dapat dilihat bahwa perhitungan dengan menggunakan metode
Stokes lebih mendekati dengan hasil yang diperoleh pada metode Coulter Counter
dibandingkan dengan metode Allen, hal ini dikarenakan gelembung yang dihasilkan
oleh rasio konsentrasi 99 % kerosin : 1 % air memiliki Bilangan Reynold dengan
27
Universitas Sumatera Utara
rentang yang berada pada aliran Stokes, yaitu Re < 0,2. Jadi, dapat disimpulkan
bahwa metode Stokes lebih sesuai dibandingkan dengan metode Allen dalam
mengukur distribusi ukuran gelembung dari rasio konsentrasi 99% kerosin : 1% air.
Percobaan ini menggunakan variasi ukuran diameter batang, untuk
mengetahui ukuran diameter batang yang paling tepat dalam mengukur distribusi
ukuran gelembung. Dari hasil perhitungan dengan menggunakan metode Stokes,
distribusi ukuran gelembung pada diameter batang 10 mm dan 15 mm lebih
mendekati hasil dari metode Coulter Counter dibandingkan dengan diameter 5 mm
dan 20 mm. Jadi, dapat disimpulkan bahwa Metode Pengapungan Batang ini dapat
digunakan untuk memberikan distribusi ukuran gelembung. Tabel 4.1 menunjukkan
hasil ukuran gelembung yang didapat dari persamaan Allen dan Stokes dengan
ukuran diameter batang yang digunakan.
Tabel 4.1 Ukuran Diameter Batang dan Ukuran Gelembung pada Konsentrasi 99%
Kerosin : 1% Air
Ukuran Diameter
Batang (mm)
20
Stokes
Allen
Ukuran Gelembung (µ
µm) Ukuran Gelembung (µ
µm)
4,67-140,12
1,14-171,23
15
5,58-140,12
1,63-171,23
10
3,70-140,12
0,78-256,85
5
5,73-140,12
1,71-146,77
4.2.2 Estimasi Ukuran Gelembung Pada Perbandingan Konsentrasi 98%
Kerosin : 2% Air dengan Pengaruh Ukuran Diameter Batang
Gambar 4.7 berikut memberikan grafik distribusi ukuran gelembung dengan
perbandingan massa batang terhadap waktu dengan rasio konsentrasi 98% kerosin :
2% air, dimana hasil data yang diperoleh diolah menggunakan perhitungan dengan
metode hukum Stokes dan metode Allen dan dibandingkan dengan metode Coulter
Counter. Gambar (a) menunjukkan distribusi ukuran gelembung yang diperoleh dari
perhitungan dengan metode Stokes, dimana dapat dilihat bahwa rentang distribusi
ukuran gelembung dengan perhitungan metode Stokes tidak sebanding dengan
metode Coulter Counter. Gambar (b) menunjukkan distribusi ukuran gelembung
yang diperoleh dari perhitungan dengan menggunakan metode Allen. Pada grafik
28
Universitas Sumatera Utara
tersebut dapat dilihat bahwa perhitungan dengan menggunakan metode Allen lebih
mendekati dengan hasil yang diperoleh pada metode Coulter Counter, hal ini
dikarenakan gelembung yang dihasilkan oleh rasio konsentrasi 98 % kerosin : 2 %
air memiliki bilangan reynold dengan rentang yang berada pada aliran Allen, yaitu
Re = 0,2 – 500. Jadi, dapat disimpulkan bahwa metode Allen lebih sesuai
dibandingkan dengan metode Stokes dalam mengukur distribusi ukuran gelembung
dari rasio konsentrasi 98% kerosin : 2% air.
(a)
(b)
Gambar 4.7 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Perbandingan Konsentrasi
98% Kerosin : 2% Air dengan (a) Metode Allen dan (b) Metode Hukum Stokes
Percobaan ini menggunakan variasi ukuran diameter batang, untuk
mengetahui ukuran diameter batang yang paling tepat dalam mengukur distribusi
ukuran gelembung. Dari hasil perhitungan dengan menggunakan metode Allen,
distribusi ukuran gelembung pada diameter batang 10 mm lebih mendekati hasil dari
metode Coulter Counter dibandingkan dengan diameter 5 mm, 15 mm dan 20 mm.
Jadi, dapat disimpulkan bahwa Metode Pengapungan Batang ini dapat digunakan
untuk memberikan distribusi ukuran gelembung. Tabel 4.2 menunjukkan hasil
ukuran gelembung yang didapat dari persamaan Allen dan Stokes dengan ukuran
diameter batang yang digunakan.
29
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.2 Ukuran Diameter Batang dan Ukuran Gelembung pada Konsentrasi 98%
Kerosin : 2% Air
Allen
Ukuran Diameter
Batang (mm)
4.3
Stokes
Ukuran Gelembung (µ
µm) Ukuran Gelembung (µ
µm)
20
1,34-146,77
5,05-140,12
15
1,31-146,77
5,00-140,12
10
0,89-146,77
4,15-140,12
5
1,14-146,77
4,68-140,12
APLIKASI METODE PENGAPUNGAN BATANG TERHADAP
ESTIMASI DISTRIBUSI UKURAN GELEMBUNG DENGAN
PENGARUH UKURAN DIAMETER TANGKI
Cumulative mass undersize (%)
99% Kerosin : 1% Air
Diameter Batang 10 mm
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
Coulter Counter
Diameter Tangki 6,5 cm
Diameter Tangki 6 cm
0
50
100
Droplet size (µm)
150
200
Gambar 4.8 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Perbandingan
Konsentrasi 99% Kerosin : 1% Air dengan Pengaruh Diameter Tangki
Gambar 4.8 menunjukkan grafik antara ukuran gelembung dengan kumulatif
massa undersize, dengan Metode Coulter Counter dan Metode Pengapungan Batang.
Metode Coulter Counter digunakan sebagai perbandingan untuk mengetahui
keakuratan metode pengapungan batang. Penelitian ini menggunakan variasi ukuran
diameter tangki, untuk mengetahui pengaruh ukuran diameter tangki terhadap
distribusi ukuran gelembung dan untuk mengetahui ukuran diameter tangki yang
paling tepat dalam mengukur distribusi ukuran gelembung. Ukuran diameter batang
yang digunakan dalam penelitian ini adalah batang dengan ukuran diameter sebesar
10 cm dan tangki yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebesar 6 cm dan 6,5
30
Universitas Sumatera Utara
cm dengan tinggi 35 cm. Tabel 4.3 menunjukkan hasil ukuran gelembung yang
didapat dari persamaan Stokes dengan ukuran diameter tangki yang digunakan.
Tabel 4.3 Ukuran Diameter Tangki dan Ukuran Gelembung
Ukuran Diameter Tangki (cm)
Ukuran Gelembung (µm)
6
4,10-140,12
6,5
3,70-140,12
Hasil yang diperoleh dari Metode Pengapungan Batang dengan pengaruh
ukuran diameter tangki menunjukkan bahwa rentang hasilnya sebanding dengan hasil
yang diperoleh dengan Metode Coulter Counter. Namun, hasil percobaan yang
menggunakan ukuran diameter tangki 6,5 cm lebih mendekati daripada ukuran
diameter tangki 6 cm. Hal ini dikarenakan bahwa ukuran gelembung semakin besar
ketika rasio luas penampang lebih dari 0,2. Hal ini disebabkan oleh wall effect yang
mempengaruhi kecepatan perpindahan dari gelembung. Dimana rasio luas
penampang dapat dihitung dengan persamaan berikut :
luas area penampang,
a luas penampang dari batang logam (a)
=
ac
luas penampang dari tabung (ac)
Distribusi ukuran gelembung hanya dapat diukur dengan menggunakan
metode pengapungan batang ketika rasio a/ac adalah 0,02 – 0,2 [31]. Dimana hasil
dari perhitungan a/ac untuk diameter tabung 6,5 cm dengan diameter batang 10 mm
sebesar 0,184889. Pada diameter tabung 6 cm dengan diameter batang 15 mm
diperoleh rasio a/ac sebesar 0,20155. Jadi, dapat disimpulkan bahwa Metode
Pengapungan Batang
tidak
dapat
mengukur
distribusi ukuran gelembung
menggunakan diameter batang yang besar dengan diameter tangki yang kecil.
31
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat di ambil dari penelitian yang telah di lakukan adalah:
1. Metode Pengapungan Batang dapat digunakan untuk menentukan waktu
pemisahaan kerosin-air pada rasio konsentrasi 99% : 1% dengan
menggunakan diameter batang 10 mm. Kemurnian kerosin yang dihasilkan
pada detik ke-110 sebesar 89,3359% dan pada detik ke-1500 didapat
98,9741% dari kadar awal kerosin sebesar sebesar 100%.
2. Metode pengapungan batang dapat mengukur distribusi ukuran gelembung
dan hasilnya sebanding dengan metode coulter counter.
3. Metode pengapungan batang tidak dapat mengukur distribusi ukuran
gelembung menggunakan diameter batang yang besar dengan diameter
tangki yang kecil.
5.2
SARAN
Saran yang dapat di ambil dari penelitian yang telah di lakukan adalah:
1.
Sebaiknya digunakan metode pembanding lain seperti metode karl fischer
untuk melakukan pengujian kemurnian kerosin agar hasil metode
Pengapungan Batang semakin diketahui keakuratannya.
2.
Sebaiknya digunakan metode pembanding yang lebih banyak seperti
metode laser diffraction/scattering dan metode microscopy untuk
melakukan pengujian distribusi ukuran gelembung agar hasil Metode
Pengapungan Batang semakin diketahui keakuratannya.
3.
Sebaiknya digunakan personal komputer untuk mencatat data agar
mendapatkan data yang lebih teliti.
4.
Sebaiknya digunakan neraca analitik dengan ketelitian lebih dari 4 desimal
agar hasil metode Pengapungan Batang semakin diketahui keakuratannya.
31
Universitas Sumatera Utara