Agitasi

Report
AGITASI
A.
PENDAHULUAN
B.
SISTEM PENGADUKAN
C.
JENIS PENGADUK
D.
POLA ALIRAN
E.
ANGKA ALIRAN
F.
KEBUTUHAN DAYA
G.
KORELASI DAYA
H.
PENCAMPURAN
I.
CONTOH SOAL
Bangga sebagai
insinyur teknik kimia
Definisi
• Agitasi atau pengadukan adalah perlakuan dengan gerakan terinduksi
thd suatu bahan di dalam bejana; gerakan tersebut biasanya
mempunyai pola tertentu.
 Perputaran daun pengaduk
 Sirkulasi dengan pompa
 Menggelembungkan udara/gas dalam cairan
• Pencampuran (mixing) adalah peristiwa menyebarnya bahan-bahan
secara acak; bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain
dan sebaliknya yang mana bahan-bahan tersebut sebelumnya
terpisah dalam dua fasa atau lebih
Pengadukan dengan perputaran daun pengaduk
dalam sistem zat cair
Tujuan Agitasi
 MEMBUAT SUSPENSI DENGAN PARTIKEL ZAT PADAT
Tepung Pati – Air
 MERAMU ZAT CAIR YANG MAMPU CAMPUR (MISCIBLE)
Etanol – Air
 MENDISPERSIKAN GAS DALAM ZAT CAIR BERUPA
GELEMBUNG-GELEMBUNG KECIL
Udara – Air
 MENDISPERSIKAN ZAT CAIR YANG TIDAK MAMPU
CAMPUR (IMMISCIBLE) SEHINGGA MEMBENTUK EMULSI
Minyak – Air
 MEMPERCEPAT PERPINDAHAN KALOR ANTARA ZAT CAIR
DENGAN MEDIA PENDINGIN ATAU PEMANAS
Cairan reaksi – Air Pendingin
 PERTUMBUHAN KRISTAL
Gula - Air
SISTEM AGITASI
Agitator Selection
• The type of
mixing required
• The capacity of
the vessel
• The properties
of fluid
(viscosity)
Kebutuhan Daya
• The type of
mixing required
• The capacity of
the vessel
• The properties
of fluid
(viscosity)
GEOMETRI
• Dimensi tangki
• Penempatan
pengaduk
SISTEM AGITASI

Motor

Daun Pengaduk
(Impeller)

Tangki / Bejana

Baffle
Belt
Hand hole
Motor
H
J
W
JIKA KEDALAMAN
CAIRAN CUKUP TINGGI
DAPAT DIPASANG DUA
IMPELLER
Da
Dt
E
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 blades are
inclined 45o
turbine with flat
vertical blades
Curved blade
turbines
Horizontal plate to which the
impeller blades of this turbine
are attached
Shrouded turbines
Bentuk Impeller
Flat plate impellers with
saw tooth edges
Anchor paddles
Cage beaters
Gatepaddles
Hollow shaft and
hollow impeller
shrouded screw impeller and
heat exchange coil
PROPELER
 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
PADDLE
 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
TURBIN
 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: radial pada arah tegak lurus poros;
longitudinal atau aksial pada arah pararel poros; tangensial
atau rotasional pada arah singgung terhadap lintasan lingkar di
sekeliling poros

Dalam posisi poros vertikal, komponen radial dan tangensial
berada pada satu bidang horisontal, sedangkan komponen
longitudinal adalah vertikal

Komponen radial dan longitudinal sangat aktif dalam
memberikan aliran yang diperlukan untuk melakukan
pencampuran

Terjadinya arus lingkar atau arus putar dapat dicegah dengan
salah satu cara berikut:
 Pergeseran posisi poros pengaduk
 Pemasangan poros pada sisi tangki
 Pemasangan baffle
??????
Menghitung
Power Pengaduk
ANGKA ALIRAN
Impeller yang berputar akan menyebabkan terjadinya aliran fluida dengan
berbagai arah:
V’2
U2 = kecepatan pada ujung daun
V r ’2

Vu’2
Vu’2 = kecepatan tangensial zat cair
Vr’2 = kecepatan radial zat cair
U2
V’2 = kecepatan total zat cair
U2 = .Da.n
Vu’2 = k.U2
Vu’2 = k..Da.n
ANGKA ALIRAN
(cont)
Laju aliran volumetrik melalui impeller (q) adalah:
q = Vr’2.Ap
V’2
Ap = .Da.W
V r ’2

Vu’2
U2
Ap = luas silinder yang dibuat oleh sapuan
ujung daun impeller
Da = diameter impeller
W = lebar daun impeller
Vr’2 = (U2 – Vu’2) tan 
= .Da.n.(1-k) tan 
q = 2.Da2.n.W.(1-k) tan 
ANGKA ALIRAN
(cont)
Angka aliran (NQ) didefinisikan:
NQ 
q
n .Da
3
• Propeller kapal (jarak bagi bujur sangkar) : NQ = 0,5
• Turbin 4 daun 45o (W/Da = 1/6) : NQ = 0,87
• Turbin rata 6 daun (W/Da = 1/5): NQ = 1,3
• Pada turbin daun rata terdapat hubungan empiris:
q = 0,92.n.Da3.(Dt/Da)
KEBUTUHAN DAYA
Bila aliran cairan di dalam tangki adalah turbulen, kebutuhan daya
pengaduk dapat diperkirakan dari perkalian aliran yang didapatkan
dari impeller (q) dan energi kinetik per satuan volume fluida (Ek):
P  q .E k
q  n .Da
3
.N Q
Ek 
.( V ' 2 )
2
2g c
Jika rasio V’2/U2 ditandai dengan  maka V’2 = ..n.Da, sehingga kebutuhan
daya adalah:
3
P  n . Da N Q .  / 2 g c ( . .n . Da )
3
2
P 
 .n .Da
gc
5
  22


NQ 
 2



KEBUTUHAN DAYA
(cont)
Dalam bentuk tidak berdimensi:
2
P .g c
3
5
n .Da 

 .
2
NQ
2
Ruas kiri dinamakan angka daya (power number), Np:
NP 
P .g c
3
n .Da
5
.
KORELASI DAYA
Variabel yang berpengaruh terhadap daya pengaduk adalah:
 Sifat pengaduk : n, Da, W, L
 Sifat cairan : , 
 Percepatan gravitasi : g
 Tetapan dimensional : gc
 Faktor geometri : H, E, J, Dt, m
Bila faktor bentuk diabaikan dan zat cairnya termasuk fluida
Newtonian, maka:
P = (n, Da, , , g, gc)
KORELASI DAYA
(cont)
Dengan metode analisis dimensi, diperoleh:
 n .Da 2 . n 2 .Da
 
3
3


g
n .Da .

P .g c




Jika memperhitungkan faktor bentuk, diperoleh:
 n .Da 2 . n 2 .Da



, S 1 , S 2 ,......... ..., S n 
3
3



g
n .Da .


P .g c
N P   ( N Re , N Fr , S 1 , S 2 ,......... ..., S n )
S1 = Da / Dt
S2 = E / Da
S3 = L / Da
S4 = W / Dt
S5 = J / Dt
S6 = H / Dt
KORELASI DAYA
(cont)
N P   ( N Re , N Fr , S 1 , S 2 ,......... ..., S n )
S1 = Da / Dt
Belt
Hand hole
Motor
S2 = E / Da
S3 = L / Da
S4 = W / Dt
S5 = J / Dt
S6 = H / Da
H
J
W
Da
L
Dt
E
KORELASI DAYA
Hubungan NP dengan NRe:
Kebutuhan daya pengaduk meningkat jika:
•
Daun pengaduk lebih lebar (kurva A dan B)
•
Posisi daun pengaduk vertikal (kurva B dan C)
•
Menggunakan baffle (kurva A dan D)
(cont)
KORELASI DAYA
(cont)
Hubungan NP dengan NRe:
• Pada angka Reynold yang rendah, yaitu di bawah 300,
kurva angka daya untuk tangki berbaffle maupun tanpa
baffle adalah identik
• Pada NRe lebih tinggi, terbentuk vorteks pada tangki tanpa
sekat dan terdapat gerakan gelombang permukaan yang
tidak dapat diabaikan sehingga angka Froude berpengaruh
KORELASI DAYA
(cont)
Eksponen m secara empirik dengan angka NRe:
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  H 

 

Da
Da
 yangdiingi


nkan
 D t  H 

 

Da
Da
 grafik


Daya yang diberikan kepada zat cair dihitung dari NP:
3
P
5
N P .n .Da 
gc
Korelasi Empirik
Korelasi Empirik
Korelasi Empirik
n . Da . 
2
Nre 

Korelasi Empirik
(1) propeller, pitch equalling diameter, without baffles;
(2) propeller, s = d, four baffles;
(3) propeller, s =2d, without baffles;
(4) propeller, s =2d, four baffles;
(5) turbine impeller, six straight blades, without baffles;
(6) turbine impeller, six blades, four baffles;
(7) turbine impeller, six curved blades, four baffles;
(8) arrowhead turbine, four baffles;
(9) turbine impeller, inclined curved blades, four baffles;
(10) two-blade paddle, four baffles;
(11) turbine impeller, six blades, four baffles;
(12) Turbine impeller with stator ring;
(13) paddle without baffles;
(14) paddle without baffles
Korelasi Empirik-Turbin
Contoh Soal
Pengadukan bahan emulsi dirancang menggunakan jenis
paddle 2 daun yang dipasang vertikal di pusat tangki.
Diameter tangki (Dt) 10 ft, tinggi tangki 12 ft, diameter
pengaduk (Da) 3 ft, posisi pengaduk (E) 1 meter di atas
dasar tangki, dengan putaran (n) 120 rpm. Operasi
berlangsung pada suku kamar. Tinggi larutan (H) 10 ft,
rapat jenis larutan () 1,66 g/ml dan viskositas (µ) 32 cp.
Berapa Hp daya pengaduk teoritis yang dibutuhkan bila
tangki berbuffle 4 buah dengan tebal (J) 1 ft ?
1 m = 3,2808 ft
1 g/ml = 62,43 lbm/ft3
1 cp = 6,7197 x 10-4 lbm/ft.s
gc = 32,174 ft/s2

similar documents