AGITASI

A.

B.

C.

JENIS PENGADUK D. POLA ALIRAN E.

F.

PENDAHULUAN SISTEM PENGADUKAN ANGKA ALIRAN KEBUTUHAN DAYA G.

KORELASI DAYA H. PENCAMPURAN I.

CONTOH SOAL

Bangga sebagai insinyur teknik kimia

D e f i n i s i

• Agitasi atau pengadukan adalah perlakuan dengan gerakan terinduksi thd suatu bahan di dalam bejana; gerakan tersebut biasanya mempunyai pola tertentu.

 Perputaran daun pengaduk   Sirkulasi dengan pompa Menggelembungkan udara/gas dalam cairan • Pencampuran (mixing) adalah peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara acak; bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain dan sebaliknya yang mana bahan-bahan tersebut sebelumnya terpisah dalam dua fasa atau lebih

Pengadukan dengan perputaran daun pengaduk dalam sistem zat cair

Tujuan Agitasi



MEMBUAT SUSPENSI DENGAN PARTIKEL ZAT PADAT



Tepung Pati – Air MERAMU ZAT CAIR YANG MAMPU CAMPUR (MISCIBLE)

   

Etanol – Air MENDISPERSIKAN GAS DALAM ZAT CAIR BERUPA GELEMBUNG-GELEMBUNG KECIL Udara – Air MENDISPERSIKAN ZAT CAIR YANG TIDAK MAMPU CAMPUR (IMMISCIBLE) SEHINGGA MEMBENTUK EMULSI Minyak – Air MEMPERCEPAT PERPINDAHAN KALOR ANTARA ZAT CAIR DENGAN MEDIA PENDINGIN ATAU PEMANAS Cairan reaksi – Air Pendingin PERTUMBUHAN KRISTAL Gula - Air

SISTEM AGITASI

Agitator Selection

• The type of

mixing required

• The capacity of

the vessel

• The properties

of fluid (viscosity)

Kebutuhan Daya

• The type of

mixing required

• The capacity of

the vessel

• The properties

of fluid (viscosity) GEOMETRI

• Dimensi tangki • Penempatan

pengaduk

SISTEM AGITASI

Belt    

Motor Daun Pengaduk (Impeller) Tangki / Bejana Baffle

Hand hole J Da W

JIKA KEDALAMAN CAIRAN CUKUP TINGGI DAPAT DIPASANG DUA IMPELLER

D t E H Motor

JENIS PENGADUK



ALIRAN

 

Impeler aliran aksial, yaitu membangkitkan arus yang arahnya sejajar dengan sumbu impeler Impeler aliran radial, yaitu membangkitkan arus yang arahnya radial atau tangensial dengan sumbu impeler



BENTUK

  

Propeler Dayung (paddle) Turbin

Bentuk Impeller

Bentuk Impeller

Bentuk Impeller

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

Bentuk Impeller

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

P R O P E L E R

       

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



18 in

P A D D L E

      

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

T U R B I N



Kebanyakan menyerupai agitator paddle berdaun banyak yang agak pendek dan berputar pada kecepatan tinggi



Bentuk daun: lurus atau melengkung, dipasang vertikal atau bersudut



Diameter: 30 – 50% dari diameter bejana



Efektif untuk rentang viskositas yang cukup lebar



Arus utama bersifat radial dan tangensial yang akan menimbulkan vorteks dan arus putar, yang biasanya dicegah dengan memasang sekat atau difuser

POLA ALIRAN

  

Jenis impeller Sifat fluida Ukuran impeller

   

Ukuran tangki Ukuran baffle Posisi impeller Kecepatan putar

POLA ALIRAN

   

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



Pergeseran posisi poros pengaduk

 

Pemasangan poros pada sisi tangki Pemasangan baffle

? ? ? ? ? ?

Menghitung Power Pengaduk

ANGKA ALIRAN

Impeller yang berputar akan menyebabkan terjadinya aliran fluida dengan berbagai arah: V’ 2 V r ’ 2 V u ’ 2 U 2  U 2 = kecepatan pada ujung daun V u ’ 2 = kecepatan tangensial zat cair V r ’ 2 = kecepatan radial zat cair V’ 2 = kecepatan total zat cair U 2 =  .Da.n

V u ’ 2 = k.U

2 V u ’ 2 = k.

 .Da.n

ANGKA ALIRAN

(cont)

Laju aliran volumetrik melalui impeller (q) adalah: V’ 2 V r ’ 2 V u ’ 2 U 2  q = V r ’ 2 .Ap

Ap =  .Da.W

Ap = luas silinder yang dibuat oleh sapuan ujung daun impeller Da = diameter impeller W = lebar daun impeller V r ’ 2 = (U 2 – V u ’ 2 ) tan  =  .Da.n.(1-k) tan  q =  2 .Da

2 .n.W.(1-k) tan 

ANGKA ALIRAN

(cont) Angka aliran (N Q ) didefinisikan:

N Q  q n .

Da 3 • Propeller kapal (jarak bagi bujur sangkar) : N Q = 0,5 • Turbin 4 daun 45 o (W/Da = 1/6) : N Q = 0,87 • Turbin rata 6 daun (W/Da = 1/5): N Q = 1,3 • Pada turbin daun rata terdapat hubungan empiris: q = 0,92.n.Da

3 .(Dt/Da)

KEBUTUHAN DAYA

Bila aliran cairan di dalam tangki adalah turbulen, kebutuhan daya pengaduk dapat diperkirakan dari perkalian aliran yang didapatkan dari impeller (q) dan energi kinetik per satuan volume fluida (Ek): P  q .

E k q  n .

Da 3 .

N Q E k   .( V ' 2 2 g c ) 2 Jika rasio V’ 2 /U 2 daya adalah: ditandai dengan  maka V’2 =  .

 .n.Da, sehingga kebutuhan  .

n 3 .

Da 5  2  2

P



n

.

Da

3

N Q

.



/ 2

g c

(



.



.

n

.

Da

)

2 P  g c 2 N Q

KEBUTUHAN DAYA

(cont) Dalam bentuk tidak berdimensi:

P .

g c n 3 .

Da 5    2 .

 2 2 N Q

Ruas kiri dinamakan angka daya (power number), Np:

N P  P .

g c n 3 .

Da 5 .



KORELASI DAYA

Variabel yang berpengaruh terhadap daya pengaduk adalah:

 Sifat pengaduk : n, Da, W, L     Sifat cairan :  ,  Percepatan gravitasi : g Tetapan dimensional : g c Faktor geometri : H, E, J, Dt, m

Bila faktor bentuk diabaikan dan zat cairnya termasuk fluida Newtonian, maka:

P =  (n, Da,  ,  , g, g c )

KORELASI DAYA

(cont) Dengan metode analisis dimensi, diperoleh:

P .

g c n 3 .

Da 3 .

   n .

Da  2 .

 n 2 .

Da g

Jika memperhitungkan faktor bentuk, diperoleh:

P .

g c n 3 .

Da 3 .

   n .

Da  2 .

 n 2 .

Da , S 1 , S 2 ,.........

..., S n g

N

P  

( N

Re

, N

Fr

, S

1

, S

2

,.........

..., S

n

)

S 1 = Da / Dt S 2 = E / Da S 4 = W / Dt S 5 = J / Dt S 3 = L / Da S 6 = H / Dt

KORELASI DAYA

(cont)

N P   ( N Re , N Fr , S 1 , S 2 ,.........

..., S n ) Hand hole

S 1 = Da / Dt S 2 = E / Da S 3 = L / Da S 4 = W / Dt S 5 = J / Dt S 6 = H / Da

J Belt W Da E H Motor L D t

KORELASI DAYA

(cont)

Hubungan N

P

dengan N

Re

:

Kebutuhan daya pengaduk meningkat jika:

•

Daun pengaduk lebih lebar (kurva A dan B)

• •

Posisi daun pengaduk vertikal (kurva B dan C) Menggunakan baffle (kurva A dan D)

KORELASI DAYA

(cont)

Hubungan N

P

dengan N

Re

:

• Pada angka Reynold yang rendah, yaitu di bawah 300,

kurva angka daya untuk tangki berbaffle maupun tanpa baffle adalah identik

• Pada N

Re lebih tinggi, terbentuk vorteks pada tangki tanpa sekat dan terdapat gerakan gelombang permukaan yang tidak dapat diabaikan sehingga angka Froude berpengaruh

KORELASI DAYA

(cont) Eksponen m secara empirik dengan angka N Re :

m  a  log N Re b

Bila ukuran geometris pengaduk yang dirancang tidak sama dengan grafik yang ada, maka dipilih grafik untuk jenis pengaduk yang sesuai dan ukuran geometris yang mendekati. Hasil yang diperoleh secara grafis dikoreksi sbb:

  D t Da     H Da   yangdiingi nkan   D t Da     H Da   grafik

Daya yang diberikan kepada zat cair dihitung dari N P :

P  N P .

n g 3 .

c Da 5 

Korelasi Empirik

Korelasi Empirik

Korelasi Empirik

Nre



n

.

Da

2 .

 

Korelasi Empirik

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

Korelasi Empirik-Turbin

Contoh Soal

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

1 m = 3,2808 ft 1 g/ml = 62,43 lb m /ft 3 1 cp = 6,7197 x 10 -4 lb m /ft.s

g c = 32,174 ft/s 2