Laporan sedimentasi PDF

Preview

Summary

LAPORAN PRAKTIKUMLABORATOTIUM INSTRUSIONAL TEKNIK KIMIASEDIMENTASIOlehADIMAS ANUGRAH RIVANDY (118280056)RAJA HAKIKI (118280060)RIDAN KUMARA AFDALA (118280054)INSTITUT TEKNOLOGI SUMATERA2020ABSTRAKSedimentasi merupakan salah satu operasi pemisahan campuran padatan dan cairan (slurry)menjadi cairan be...

Description

LAPORAN PRAKTIKUM LABORATOTIUM INSTRUSIONAL TEKNIK KIMIA

SEDIMENTASI

Oleh ADIMAS ANUGRAH RIVANDY (118280056) RAJA HAKIKI (118280060) RIDAN KUMARA AFDALA (118280054)

INSTITUT TEKNOLOGI SUMATERA 2020

ABSTRAK Sedimentasi merupakan salah satu operasi pemisahan campuran padatan dan cairan (slurry) menjadi cairan bening dan slurry yang memiliki konsentrasi tinggi dengan menggunakan gaya gravitasi. Pada sedimentasi waktu pengendapan efektif terjadi pada keadaan free settling. Dalam literatur, cara yang dapat digunakan untuk menentukan kecepatan sedimentasi tersebut adalah dengan persamaan Stokes-Newton Law, menggunakan grafik sedimentasi, serta pendekatan dengan metode garis singgung. Bahan yang digunakan dalam percobaan adalah Kalsium karbonat (CaCO3) (Bubuk Kapur), Aquadest. Percobaan dilakukan dengan variasi konsentrasi slurry 65 g/l ,75 g/l, dan 85 g/l. Perhitungan yang dilakukan adalah Menghitung kecepatan sedimentasi partikel padatan, Membandingkan konsentrasi suspensi pada percobaan terhadap konsentrasi menggunakan hukum Kynch, Mencari hubungan antara kecepatan sedimentasi partikel padatan dengan konsentrasi slurry berdasar data percobaan serta membuat grafiknya.dari hasil yang didapatkan dari percobaan dengan konsentrasi 65 g/l yaitu vi settling 2.8661 cm/menit, C kritikal pada x,y = (10,40) yaitu 243,75 g/L SSE yaitu 1.576, konsentrasi 75 g/l yaitu vi settling = 2.840481225 cm/menit, C kritikal pada x,y = (10, 41.2) yaitu 273.05 g/L SSE yaitu 36595.115, C kritikal pada x,y = (10,40) yaitu 243,75 g/L SSE yaitu 1.576, konsentrasi 85 g/l yaitu vi settling = 2.812758811 cm/menit, C kritikal pada x,y = (10, 40) yaitu 319 g/L SSE yaitu 176528.4.

Kata kunci : sedimentasi, menentukan kecepatan sedimentasi, membandingkan konsentrasi, metode grafik

BAB I PENDAHULUAN

Sedimentasi merupakan salah satu operasi pemisahan campuran padatan dan cairan (slurry) menjadi cairan bening dan slurry yang memiliki konsentrasi tinggi dengan menggunakan gaya gravitasi. Jika suatu partikel padatan yang mempunyai berat jenis lebih besar dari cairan dan berada dalam cairan tersebut, maka partikel akan bergerak jatuh ke bawah dengan percepatan tertentu sampai dicapai suatu kecepatan yang maksimum ( terminal velocity). Sedimentasi merupakan suatu peristiwa turunnya partikel zat padat yang tersebar atau tersuspensi dalam cairan karena gaya berat sehingga cairan jernih dapat dipisahkan dari zat padat yang menumpuk didasarnya. Berdasarkan ukuran partikel, sedimentasi dibedakan menjadi Discrete particle, Flacentate particle, jika berdasarkan pengaruh dari partikel lain, sedimentasi dibedakan menjadi: Free settling, Hinder settling.Ketika suatu partikel padatan berada pada jarak yang cukup jauh dari dinding atau partikel padatan lainnya, kecepatan jatuhnya tidak dipengaruhi oleh gesekan dinding maupun dengan partikel lainnya, peristiwa ini disebut free settling. Ketika partikel padatan berada pada keadaan saling berdesakan maka partikel akan mengendap pada kecepatan rendah, peristiwa ini disebut hindered settling. Proses sedimentasi dipengaruhi oleh beberapa faktor, yang pertama yaitu keadaan alamiah partikel padatan seperti distribusi ukuran, bentuk, specific gravity, sifat kimiawi padatan, kedua Konsentrasi slurry Jika konsentrasi slurry cukup encer, partikel padatan akan turun dengan kecepatan terminalnya dan berharga tetap, ketiga Perlakuan awal pada partikel yang mengalami flukolasi, meskipun kecepatan jatuh flock akan lebih cepat dari kecepatan partikel secara sendirian, ada kemungkinan flock akan mengandung air yang terperangkap dalam flock yang terbentuk. Terakhir, Tangki tempat sedimentasi berlangsung, adanya dinding tangki akan mengurangi kecepatan sedimentasi. Jika rasio antara diameter dinding tangki dengan diameter partikel lebih dari 100, maka pengaruhnya dapat diabaikan.

BAB II TUJUAN DAN SASARAN

2.1. TUJUAN 1. Mempelajari hukum Stokes 2. Menghitung kecepatan sedimentasi partikel padatan 3. Membandingkan konsentrasi menggunakan hukum Kynch

suspensi

pada

percobaan

terhadap

konsentrasi

4. Mencari hubungan antara kecepatan sedimentasi partikel padatan dengan konsentrasi slurry berdasar data percobaan serta membuat grafiknya

2.2. SASARAN 1. Meningkatnya kualitas pengetahuan dibidang ilmu Teknik kimia. 2. Meningkatnya Kerjasama dalam menyelesaikan masalah. 3. Terwujudnya pelaksanaan praktikum Teknik kimia. 4. Terbinanya Sumber Daya Manusia penelitian dan seluruh jajaran pendukungnya. 5. Adanya laporan yang mencakup hasil analisis kerja praktikum mahasiswa Teknik kimia.

2.3. TINJAUAN PUSTAKA 2.3.1 Sedimentasi

Sedimentasi adalah Sedimentasi merupakan pemisahan antara padatan dengan cairan yang berasal dari slurry encer. Pemisahan ini menghasilkan cairan jernih dan padatan dengan konsentrasi tinggi. Mekanisme dari sedimentasi dideskripsikan dengan observasi pada tes batch settling yaitu ketika partikel-partikel padatan dalam suatu slurry mengalami proses pengendapan dalam silinder kaca. Gambar 1 (a) menunjukkan suspensi dalam silinder dengan konsentrasi padatan yang seragam. Seiring dengan berjalannya waktu, partikel-partikel padatan mulai mengendap dimana laju pengendapan partikel tersebut diasumsikan sebagai terminal velocity pada kondisi hinderedsettling. Pada Gambar 1 (b) terdapat beberapa zona konsentrasi. Daerah D didominasi endapan partikel-partikel padatan yang lebih berat dan lebih cepat mengendap. Pada zona C terdapat partikel dengan ukuran yang berbeda-beda dan konsentrasi yang tidak seragam. Daerah B adalah daerah dengan konsentrasi yang seragam dan hampir sama dengan keadaan mula-mula. Di atas daerah B adalah daerah A yang berupa liquid jernih. Jika sedimentasi dilanjutkan, tinggi dari tiap daerah bervariasi seperti pada Gambar 1 (c) dan Gambar 1 (d). Daerah A dan D semakin luas, sebanding dengan berkurangnya daerah B dan C. Pada akhirnya, daerah B dan C akan hilang dan seluruh padatan akan terdapat pada daerah D sehingga hanya tersisa daerah A dan D. keadaan seperti ini disebut “critical settling point(ditunjukkan pada gambar 1 (e))” yaitu keadaan dimana terbentuk bidang batas tunggal antara liquid jernih dan endapan.(Brown C.B.1950) . 2.3.2 Menentukan kecepatan sedimentasi Gambar 1. Tahapan proses pengendapan kecepatan pengendapan ,diantaranya :

Pada proses sedimentasi ada beberapa cara yang dapat digunakan untuk mendapatkan

1. Persamaan Stokes-Newton Law Jika sebuah partikel turun di dalam fluida karena gaya gravitasi, maka kecepatan pengendapan akan tercapai apabila jumlah dari gaya friksi (drag force) dan gaya apung (buoyancy) sebanding dengan gaya gravitasi benda (Batchelor G.K.1967). Pada partikel yang mulai tenggelam, kecepatan turunnya partikel dapat dibuat dalam persamaan (1)

√

v s=

4 gD s ( ρs −ρ ) …………………………………………………………………… (1) 3 Cd ρ

Koefisien drag (Cd) merupakan fungsi dari Reynold’s number. Untuk aliran laminer, harga Cd ditentukan dengan persamaan (2) cd =

24 …………….……………………………………………………………..….(2) ℜ

Persamaan Reynolds number yaitu dengan persamaan (3) ℜ=

ρ DS v s …………………..………………..……………………………………...(3) μ

Dengan mesnsubtitusikan persamaan (2) dan (3) ke persamaan (1), maka didapatkanlah persamaan (4) 9 D s ( ρ s−ρ ) ………...……………….…...………………………………………..(4) 18 μ 2

v s=

Vs merupakan kecepatan pengendapan, g adalah percepatan gravitasi, Ds adalah diameter partikel, ρs adalah densitas partikel, ρ adalah densitas cairan ,dan µ adalah viskositas cairan.

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN

Alat dan Bahan

:

- Bahan 1. Kalsium karbonat (CaCO3) (Bubuk Kapur) 2. Aquadest - Alat 1. Tabung gelas berskala 2. Gelas Ukur 3. Stopwatch 4. Neraca Ohaus 5. Gelas pengaduk 6. Alat-alat gelas lainnya Variabel Percobaan

: - Variasi konsentrasi slurry : 65 g/L, 75 g/L, dan 85 g/L

Prosedur Percobaan

:

o Variasi Konsentrasi Slurry

1. Bahan (Bubuk kapur) diayak dengan menggunakan ayakan dengan ukuran mesh tertentu 2. Slurry dibuat dengan konsentrasi 65 g/L 3. Slurry dimasukkan ke dalam tabung gelas berskala 4. Tinggi interface dan waktu sedimentasi dicatat setiap saat 5. Percobaan dihentikan setelah tinggi interface relatif tetap (tidak turun lagi). 6. Buat grafik hubungan antara waktu versus tinggi interface. 7. Buat grafik antara Waktu vs Konsentrasi dari data dibandingkan dengan grafik Waktu vs Konsentrasi dari teori. 8. Cari nilai konsentrasi kritis dan juga nilai kecepatan settling. 9. Ulangi langkah 1-8 menggunakan konsentrasi slurry yang berbeda Diagram Alir Gambar 3.1.

: Mulai

Siapkan alat dan bahan

Pengayakan

Pembuatan Slurry

Slurry 65 g/L

Ulangi dengan konsentrasi

Pengambilan Data Pengolahan data

Pembuatan slurry berkonsentrasi sebesar 65, 75 dan 85 g/L Slurry dimasukkan ke tabung gelas berskala

1. 2. 1. 2. 3. 3. 4

Catat waktu Catat tinggi interface Buat grafik waktu vs jarak tiap waktu Hitung konsentrasi teoritis Catat konsenttrasi Buat dan bandingkan grafik tiap waktu waktu vs Cteori terhadap Cdata C i Ck i i d li

IV HASIL DAN PEMBAHASAN

a. Hasil o Pada Konsentrasi awal 65 gr/L Tabel 1.

Data =

: Zo −Zi ti

vi

- Ci (teori) Co × Zo Zi

=

- SSE =

Σ

( Ci ( teori)−Ci ( data ) )2

= 1.576 - v settling =

dilihat vi dari titik dimana nilai z konstan dari tabel, z konstan pada 15.6 cm. Ada 4 nilai vi maka dirata-ratakan, maka didapat nilai vi settling = 2.8661 cm/menit

- C kritik

diambil dari perpotongan penarikan garis lurus kurva x dan y didapat pada x,y = (10,40), maka C kritis = 243,75 g/L

=

o Pada konsentrasi awal 75 gr/L Tabel 2.

Data

: - vi

Zo −Zi ti

=

Co × Zo Zi

- Ci (teori) = - SSE

=Σ

2

( Ci ( teori)−Ci ( data ) )

= 36595.115

- v settling =

dilihat vi dari titik dimana nilai z konstan dari tabel, z konstan pada 16.8 cm. Ada 4 nilai vi maka dirata-ratakan, maka didapat nilai vi settling = 2.840481225 cm/menit

- C kritik

diambil dari perpotongan penarikan garis lurus kurva x dan y didapat pada x,y = (10,41.2), maka C kritis = 273.05 g/L

=

o Pada Konsentrasi awal 85 gr/L Table 3.

Data

:

- vi

Zo −Zi ti

=

Co × Zo Zi

- Ci (teori) = - SSE

=Σ

( Ci ( teori )−Ci ( data ) )2

= 176528.4

- v settling =

dilihat vi dari titik dimana nilai z konstan dari tabel, z konstan pada 18.1 cm. Ada 4 nilai vi maka dirata-ratakan, maka didapat nilai vi settling = 2.812758811 cm/menit

- C kritik

diambil dari perpotongan penarikan garis lurus kurva x dan y didapat pada x,y = (10,40), maka C kritis = 300 g/L

=

b. Pembahasan o Pada Konsentrasi awal sebesar 65 g/L

Grafik 1. Waktu vs Jarak – Konsentrasi awal 65 g/L Pada grafik 1 dapat dilihat grafik antara waktu terhadap jarak interface. Dari sini dapat dilihat seiring berjalannya waktu jarak interface makin mengecil. Hal ini dikarenakan partikel makin mengendap di bagian bawah karena adanya gaya gravitasi dan berat partikel.

Grafik 2. Waktu vs Konsentrasi data dan teori -Konsentrasi awal 65 g/L Pada grafik 2 perbandingan antara waktu terhadap konsentrasi dari data dan konssentrasi dari teori. Garis berwarna biru adalah waktu vs konsentrasi dari data, sedang-

kan kurva oranye adalah waktu vs konsentrasi dari perhitungan secara teori. Dapat dilihat di grafik bahwa hampir tidak ada perbedaan pada grafik, hal ini karena nilai dari konsentrasi yang didapat dari data dan dari teori tidak memiliki perbedaan yang signifikan. Nilai SSE (Sum of Square Error) yang didapat sebesar 1,576.

Grafik 3. Mencari Konsentrasi kritik Pada grafik 3 ini dicari nilai Konsentrasi kritik. Mencari nilai konsentrasi kritik disini menggunakan perpotongan dari garis lurus kurva sumbu x dengan garis lurus kurva sumbu y. Dari perpotongan ditarik garis dengan besar sudut perpotongan dibagi dua, tarik garis kea rah kurva. Dari situ diidapatlah nilai Konsentrasi kritis-nya. Pada kurva, konsentrasi kritis berada di antara konsentrasi pada saat waktu 8 menit dan jarak 50 cm, dengan waktu 12 menit dan jarak 33 cm. Dapat dilihat dari tabel 1, bahwa di antara dua parameter tadi dapat diambil bahwa titik konsentrasi kritis berada pada saat waktu 10 menit dan jarak sebesar 40 cm. Maka besar konsentrasi kritiknya sebesar 243,75 g/L. Lalu untuk penentuan kecepatan settling dapat dilihat dari tabel. Kecepatan settling didapat pada saat nilai jarak (z) relatif stabil. Di tabel ada empat data yang memiliki nilai yang stabil, yaitu 15,6. Maka dari empat data vi pada saat z 15.6 direratakan. Maka v settling yang didapat sebesar 2.8661 cm/menit.

o Pada Konsentrasi awal 75 g/L

Waktu (menit) vs Z (Jarak) - Co = 75g/L 160 140 120 80 60 40 20 0

0

10

20

30

40

50

60

Waktu

Grafik 1. Waktu vs Jarak – Konsentrasi awal 75 g/L Pada grafik 1 dapat dilihat grafik antara waktu terhadap jarak interface. Dari sini dapat dilihat saat waktu terus berjalan, jarak interface makin mengecil. Hal ini dikarenakan partikel makin mengendap dan jatuh ke bagian bawah karena berat partikel dan gaya gravitas yang mempengaruhinya.

Waktu vs Ci(data) dan Ci (Teori) - C0 = 75g/L

Konsentrasi

Jarak

100

800 700 600 500 400 300 200 100 0 0

10

20

30

40

50

60

Waktu Waktu vs Ci data

Waktu vs Ci teori

Grafik 2. Waktu vs Konsentrasi data dan teori -Konsentrasi awal 65 g/L Pada grafik 2 perbandingan antara waktu terhadap konsentrasi dari data dan konsentrasi dari teori. Garis berwarna biru menunjukkan perbandingan antara waktu vs konsentrasi dari data, sedangkan kurva oranye menunjukkan perbandingan waktu vs

konsentrasi dari perhitungan secara teori, dapat dilihat di grafik bahwa berbeda dari grafik sebelumnya yang hampir tidak ada perbedaan pada grafik, hal ini disebabkan karena nilai dari konsentrasi yang didapat dari teori memiliki perbedaan yang tidak terpaut lumayan jauh dengan nilai kosenterasi yamg diperoleh dari data. Nilai SSE (Sum of Square Error) yang didapat sebesar 36595.115.

Grafik 3. Mencari Konsentrasi kritis Pada grafik 3 ini dicari nilai Konsentrasi kritis. Mencari nilai konsentrasi kritis disini menggunakan perpotongan dari garis lurus kurva sumbu x dengan garis lurus kurva sumbu y. Dari perpotongan ditarik garis dengan besar sudut perpotongan dibagi dua, tarik garis ke arah kurva. Dari situ diidapatlah nilai Konsentrasi kritis-nya. Pada kurva, konsentrasi kritis berada pas di titik jarak 41.2 Dapat dilihat dari tabel 2, bahwa parameter itu dapat diambil bahwa titik konsentrasi kritis berada pada saat waktu 10 menit dan jarak sebesar 41.2 cm. Maka besar konsentrasi kritiknya sebesar 273.05 g/L. Lalu untuk penentuan kecepatan settling dapat dilihat dari tabel. Kecepatan settling didapat pada saat nilai jarak (z) sudah mulai stabil. Di tabel ada empat data yang memiliki nilai yang sama alias stabil, yaitu 16.8. Maka dari empat data vi pada saat z 16.8 dirata-ratakan. Maka v settling yang didapat sebesar 2.840481 cm/menit.

o Pada Konsentrasi awal sebesar 85 g/L

Grafik 2. Waktu vs Jarak – Konsentrasi awal 85 g/L

Pada grafik 1 dapat dilihat grafik antara waktu terhadap jarak interface. Dari sini dapat dilihat seiring berjalannya waktu jarak interface makin mengecil. Hal ini dikarenakan partikel makin mengendap di bagian bawah karena adanya gaya gravitasi dan berat partikel.

Grafik 2. Waktu vs Konsentrasi data dan teori -Konsentrasi awal 85 g/L

Pada grafik 2 perbandingan antara waktu terhadap konsentrasi dari data dan konssentrasi dari teori. Garis berwarna biru adalah waktu vs konsentrasi dari data, sedangkan kurva oranye adalah waktu vs konsentrasi dari perhitungan secara teori. Dapat dilihat di grafik terjadi pergeseran grafik waktu terhadap konsentrasi teori pada grafik, hal ini karena nilai dari konsentrasi yang didapat dari data dan dari teori memiliki perbedaan yang signifikan. Nilai SSE (Sum of Square Error) yang didapat sebesar 176528.4

Grafik 3. Mencari Konsentrasi kritik Pada grafik 3 ini dicari nilai Konsentrasi kritik. Mencari nilai konsentrasi kritik disini menggunakan perpotongan dari garis lurus kurva sumbu x dengan garis lurus kurva sumbu y. Dari perpotongan ditarik garis dengan besar sudut perpotongan dibagi dua, tarik garis kea rah kurva. Dari situ diidapatlah nilai Konsentrasi kritis-nya. Pada kurva, konsentrasi kritis berada di antara konsentrasi pada saat waktu 6 menit dan jarak 65 cm, dengan waktu 12 menit dan jarak 42 cm. Dapat dilihat dari tabel 3, bahwa di antara dua parameter tadi dapat diambil bahwa titik konsentrasi kritis berada pada saat waktu 10 menit dan jarak sebesar 40 cm. Maka besar konsentrasi kritiknya sebesar 319 g/L. Lalu untuk penentuan kecepatan settling dapat dilihat dari tabel. Kecepatan settling didapat pada saat nilai jarak (z) relatif stabil. Di tabel ada empat data yang memiliki nilai yang stabil, yaitu 18.1. Maka dari empat data vi pada saat z 18.1 dirataratakan. Maka v settling yang didapat sebesar 2.812758811 cm/menit.

BAB V KESIMPULAN

Kesimpulan pada praktikum kali ini adalah : 1. Semakin lama waktu maka jarak interface semakin mengecil, karena partikel semakin berkumpul di bawah 2. Semakin lama waktu maka semakin besar konsentrasi yang di dapat 3. Semakin besar nilai konsentrasi awal yang digunakan, maka semakin besar nilai tinggi interface saat sudah stabil. 4. Nilai v settling pada konsentrasi awal 65, 75 dan 85 g/L kurang lebih sama, yaitu 2.8 cm/menit. 5. Nilai konsentrasi kritis pada tiap konsentrasi awal berada di antara menit ke – 8 dan ke -12. 6. Semakin besar nilai konsentrasi awal nilai konsentrasi kritis yang di dapat semakin besar.

DAFTAR PUSTAKA

1. Brown C.B.,1950, “sediment transport, in engineering Hydraulics”, Ch.12,Rouse,H.(ed) ,. john wiley and sons,new York. 2. Batchelor G.K., 1967. "An Introduction to Fluid Dynamics", Cambridge University Press, Cambridge.

LAMPIRAN A TABEL PERCOBAAN o Konsentrasi awal 65 g/L

o Konsentrasi awal 75 g/L

o Konsentrasi awal 85 g/L

LAMPIRAN B o Konsentrasi 65 g/L - Mencari kecepatan

Waktu/t (menit)

Jarak/z (cm)

0 2 4 6 8 10 12 Dan seterusnya…

150 120 90 67 50 40 33

Kecepatan/vi (cm/menit) = (150-120)/2 = 15 = (150-90)/4 = 15 = (150-67)/6 = 13.833 = (150-50)/8 = 12.5 = (150-40)/10 = 11 =(150-33)/12 = 9.75

- Mencari Konsentrasi secara teoritis

Konsentrasi awal (Co) = 65 g/L Jarak/zi (cm) 150 120 90 Dan seterusnya…

Kosentrasi teoritis (Ci) = (65 x 150)/120 = 81.5 = (65x 150)/90 = 108.33...