PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Teknik tertua
yang dikenal pada pemurnian air adalah proses Klarifikasi. Proses ini digunakan
untuk mengolah air permukaan terutama untuk menghilangkan padatan tersuspensi
kasar maupun halus termasuk partikel koloid.
Proses klarifikasi mencakup
proses-proses koagulasi, flokulasi dan sedimentasi. Proses koagulasi merupakan
suatu penambahan beban kimia atau koagulan tertentu ke dalam air yang disertai
dengan pengadukan cepat sehingga terbentuk flok partikel koloid yang sangat
halus. Flok – flok halus tersebut selanjutnya mengalami proses flokulasi. Dalam
proses ini, flok-flok halus akan membentuk flok yang lebih besar. Proses pemisahan flok –
flok itu dapat dilakukan dengan cara sedimentasi.
Sedimentasi (pengendapan) merupakan
salah satu cara pemisahan padatan yang tersuspensi dalam suatu cairan dimana
akan terjadi peristiwa turunya partikel – partikel padat yang semula tersebar
atau tersuspensi dalam cairan karena adanya gaya berat atau gaya grafitasi,
tetapi selama
proses sedimentasi ini berlangsung, terdapat tiga gaya yang berpengaruh
a. Gaya Grafitasi
b. Gaya Apung
c. Gaya dorong
(Warren. L. Mc cabe, dkk, 1993).
Banyak metode separasi mekanik yang didasarkan atas gerakan partikel zat
padat atau tetesan zat cair melalui fluida itu mungkin gas atau zat cair dan
mungkin berada pada keadaan mengalir atau keadaan diam. Dalam beberapa situasi,
tujuan dari
pada proses itu adalah untuk mengeluarkan partikel dari arus fluida dan untuk
mengeluarkan pengotor yang terdapat didalam fluida atau untuk memulihkan
partikel sebagaimana dalam pembersihan udara atau gas buang terhadap debu dan
uap racun atau untuk membuang zat padat dari air limbah. Dalam soal-soal lain, partikiel itu
sengaja disuspensikan di dalam fluida supaya dapat dipisahkan menjadi fraksi –
fraksi yang berbeda ukuran atau densitasnya.
Operasi sedimentasi ini banyak
digunakan pada proses pemisahan kimia, metalurgi, maupun pada proses – proses
pengurangan polusi dari air limbah
industri. Rancangan peralatan untuk sedimentasi selalu didasarkan pada
percobaan sedimentasi pada skala yang
lebih kecil.
Pada percobaan ini bubur di endapkan
laju pengendapanya diukur dengan cara
mengamati perubahan konsentrasi pada padatan maupun cairan bening dari atas
kebawah yang mana akan terjadi endapan. Dalam percobaan sedimentasi ini akan
dibahas juga pembagian zona antara lain zona jernih, zona encer, zona pekat.
Dalam industri yang digunakan adalah air jernihnya untuk air
proses maupun air produksi biasanya untuk mempercepat pengendapan ditambahkan
juga koagulan, prosesnya yaitu mengikat butiran butiran kapur menjadi flok –
flok sehingga akan lebih cepat jatuh karena semakin besar flok akan semakin
besar juga gaya grafitasi yang berpengaruh pada proses pengendapan tersebut.
1.2 Tujuan Percobaan
Mempelajari cara pemisahan padatan dari
suatu suspensi dengan pengukuran laju
pengendapan.
1.3 Batasan Masalah
Pada percobaan sedimentasi ini
merupakan proses pemisahan padatan dari suspensi dengan cara mengukur kedalaman
lembah dan ketinggian bukit. Adapun pengamatan ini dilakukan sebanyak 9 kali
dengan laju alir yang berbeda-beda,mulai dari 10,30 dan 50.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian sedimentasi
Sedimentasi merupakan peristiwa
turunya partikel-partikel padat yang semula tersebar merata dalam cairan karena
adanya gaya berat, setelah terjadi pengendapan cairan jernih dapat dipisahkan dari zat padat
yang menumpuk di dasar atau biasa disebut dengan pengendapan. Selama proses ini
berlangsung, terdapat tiga gaya yang berpengaruh :
a. Gaya Grafitasi
Gaya ini bisa dilihat pada saat
terjadi endapan atau mulai turunya pertikel padatan menuju kedasar tabung untuk
membentuk endapan. Hal ini terjadi karena massa jenis partikel padatan lebih
besar dari massa jenis fluida.
Fg =
m . g ………………………………………….……….(1)
b. Gaya Apung
Gaya apung terjadi jika massa jenis
partikel lebih kecil dari massa jenis fluida. Sehingga partikel padatan berada
pada permukaan cairan,
|
Fa
= ………………………………………………...(2)
c. Gaya Dorong
Gaya dorong terjadi pada saat larutan
dipompakan ke dalam tabung klarifier. Larutan ini akan terdorong pada ketinggian
tertentu. Gaya dorong dapat juga kita lihat pada saat mulai turunya partikel
padatan karena adanya gaya Gravitsi, maka fluida akan memberikan gaya yang
besarnya sama dengan berat padatan itu sendiri. Gaya inilah yang disebut gaya
dorong dan juga gaya yang memiliki arah yang berlawanan dengan gaya gravitasi.
|
2
2.2 Laju
Pengendapan
Suatu partikel yang
mengendap dalam air karena adanya gaya gravitasi akan mengalami percepatan
sampai gaya dari tahanan dapat mengimbangi gaya gravitasi, setelah terjadi
kesetimbangan partikel akan terus mengendap pada kecepatan kostan yang dikenal
sebagai kecepatan akhir atau kecepatan pengendapan bebas.
Contoh grafik
tinggi lumpur (Batas antara zone A dan zone B) V/s waktu ditunjukan pada gambar
1.1 dan selama tahap awal pengendapan kecepatanya tetap sebagai mana terlihat
pada bagian pertama kurva itu setelah zat padatnya mengumpul pada zona D laju
pengendapan itu berkurang dan berangsur-angsur turun hingga mencapai tinggi
akhirnya. Titik kritisnya dicapai pada titik C dalam
gambar 1.1
Laju pengendapan lumpur berbeda-beda
satu sama lainnya, demikian pula tinggi relatif berbagai zona pengendapanya. Untuk menentukan
karakteristik pengendapanya secara teliti, setiap lumpur itu harus diperiksa
dengan melakukan eksperimen terhadap masing-masingnya (Mc.Cabe and Smith, “Operasi Teknik Kimia”, Erlangga,1990)
Zo
Laju
tetap
Z Zu 
C tinggi
patah
Waktu.t
Gerafik 2.1
Laju Sedimentasi
Laju pengendapan partikel dapat dipengaruhi oleh beberapa
faktor, yaitu :
1. Berat jenis air
2. Berat jenis partikel padatan
3. Viskositas air
4. Aliran dalam
bak pengendapan
5. Bentuk dan
ukuran partikel
Berat jenis fluida
lebih besar dari pada berat jenis partikel padatanya, maka laju pengendapanya
lamban. Begitu juga sebaliknya, semakin besar berat jenis partikel maka laju
pengendapannya
cepat.
Laju pengendapan
sangat dipengaruhi oleh viskositas dimana viskositas sangat berkaitan erat dengan
suhu yang ada. Bila temperatur tinggi maka viskositas menurun sehingga bantuk
dan ukuran partikel semakin kecil sehingga laju pengendapan cepat.
Aliran dalam bak
pengendapan akan mempengaruhi laju endapan. Pada aliran laminer laju pengendapan
cepat sedangkan pada aliran turbulen laju pengendapan akan sangat terganggu
maka akan sangat lambat mengendap.
Laju pengendapan partikel – partikel
dalam air tergantung pada jenis bentuk dan ukuran dari partikel tersebut dan
viskositas cairan yang digunakan. Adanya pengendapan zat uji kemungkinan besar
mempengaruhi laju pengendapan sehingga dapat ditentukan lajunya dan mengetahui pangaruh zat
uji tersebut. Dimana dilakukan pengambilan sampel tiap selang waktu tertentu
dan menimbang berat endapan serta menghitung beberapa konsentrasi endapan yang
terjadi sehingga kita dapat membandingkan
kecepatan laju pengendapan dari tiap gerakan partikel pada fluida dalam
proses. Partikel yang mempunyai ukuran yang besar dan kasar akan sangat mudah
mengendap dari pada partikel halus, untuk padatan yang halus diusahakan
menggumpal menjadi partikel yang lebih besar agar cepat mengendap.
(Parikesit, F, Diktat Alat Industri
Kimia)
Padatan yang tersuspensi dalam air
dapat dibedakan menjadi dua golongan yaitu:
- Padatan kasar
Adalah padatan yang dapat dipisahkan
dengan cara pengendapan yang sederhana dalam waktu yang singkat dimana pada
padatan kasar mudah terjadi pengendapanya besar. Pengendapan padatan kasar
terjadinya sangat mudah, hal itu terjadi karena pengendapanya lebih besar. Bila
terjadi gerakan relatif dengan suatu pertikel yang disekitarnya dikelilingi oleh
air tersebut. Maka air akan memberikan tahanan gesek (Drag) kepada partikel itu sebesar :
Fd = Cd . Ap
……………………………………………(4)
- Padatan halus
Adalah padatan yang tidak dapat dipisahkan dengan cara
pengandapan yang sederhana didalam waktu yang relatif singkat atau tidak
mempunyai peralatan pengendap yang dapat beroperasi secara komersial mekanisme
penggerak (rake) yang dipasang pada dasar tangki pengendap agar dapat
mempermudah pengumpulan suspensi pekat dari dasar tangki.
Berdasarkan tujuan dari bahan yang
ingin didapatkan maka sedimentasi ini dapat digolongkan jadi dua macam yaitu :
- Penjernihan
Klarifier adalah pengendapan partikel padat yang jumlahnya relatif sedikit (1-5%) dengan suatu tujuan untuk memperoleh cairan
yang jernih, proses klarifier mencakup proses flokulasi dan koagulasi. Proses koagulasi merupakan suatu proses dimana
penambahan zat kimia atau koagulan tertentu kedalam air yang diolah dan
disertai pengadukan cepat sehingga terbentuk flok suatu partikel yang halus
selanjutnya mengalami proses flokulasi yaitu penggabungan flok-flok membentuk
flok yang lebih besar .
- Pemekatan (Thickener)
Thickener adalah peningkatan konsentrasi atau konsentrasi zat padat dari
campuran yang memiliki zat padat yang relatif banyak (15 - 30 %) dan biasanya
hasil padatnya yang diperlukan. Didalam sedimentasi perlu dibedakan antara:
a)
Discrate pertikel adalah partikel yang
memiliki ukuran bentuk dan spesifik
Gravitasi tetap (tidak berubah dengan waktu) selama
proses pemisahan berlangsung.
b)
Flocullant partikel adalah partikel yang memiliki sifat permukaan yang
dapat membesar atau bergabung dengan partikel-partikel lain ketika akan
bersinggungan sehingga ukuran bentuk mungkin akan berubah.
2.3 Pemisahan atas dasar gerakan partikel melalui
fluida
Banyak metode separasi mekanik yang
didasarkan atas gerakan partikel zat padat atau tetesan zat cair melalui fluida
itu mungkin gas atau zat cair dan mungkin berada pada keadaan mengalir atau
keadaan diam. Dalam beberapa situasi, tujuan dari pada proses itu adalah untuk mengeluarkan
partikel dari arus fluida dan untuk mengeluarkan pengotor yang terdapat didalam
fluida atau untuk memulihkan partikel sebagaimana dalam pembersihan udara atau
gas buang terhadap debu dan uap racun atau untuk membuang zat padat dari air
limbah. Dalam soal soal lain, partikel itu sengaja disuspensikan di dalam
fluida supaya dapat dipisahkan menjadi fraksi – fraksi yang berbeda ukuran atau
densitasnya. Fluida itu lalu dipulihkan, kadang – kadang untuk digunakan kembali,
dari partikel yang telah di fraksionasi.
Jelaslah bahwa tiap partikel itu
mulai dari keadaan diam terhadap fluida tempat partikel itu terendam, lalu
bergerak melaui fluida itu karena adanya gaya–gaya luar, gerakan itu dapat
dibagi menjadi dua tahap. Tahap pertama merupakan satu periode singkat dimana
berlangsung percepatan, yaitu selama waktu kecepatan itu meningkat dari nol
sampai kecepatan terminal. Tahap kedua ialah periode dimana partikel itu berada
dalam kecepatan terminalnya.
2.4 Proses pengendapan gravitasi
Partikel – partikel yang lebih berat
dari fluida tempat patikel itu tersuspensi dapat dikeluarkan didalam kotak pengendapan atau tangki pengendap (Settling Tank) dimana kecepatan fluida
itu cukup kecil dan partikel itu mendapat waktu yang cukup untuk mengendap keluar
dari suspensi itu akan tetapi, peranti sederhana seperti itu terbatas kegunaanya karena pemisahanya tidak
lengkap disamping memerlukan tenaga kerja untuk mengeluarkan zat padat yang
mengendap dari dasar tangki.
Separator – separator industri hampir
semua mempunyai fasilitas untuk mengeluarkan zat padat yang mengendap pemisahan
itu bisa pula hampir lengkap. Peralatan pengendap yang dapat memisahkan hampir
seluruh partikel dari zat cair dinamakan klarifikator (Clarifier) sedang peranti yang memisahkan zat padat menjadi dua
fraksi disebut klasifikator (Clasifier).
Pada kedua alat itu berlaku prinsip sedimentasi yang sama.
2.5 Klasifikator gravitasi
Kebanyakan klasifikator yang
digunakan dalam pengolahan kimia memisahkan zat padat atas dasar ukuran
partikel dimana densitas partikel halus dan partikel besar itu sama.
Klasifikator mekanik banyak digunakan
dalam penggilingan rangkaian tertutup, lebih – lebih dalam operasi metalurgi di
sini, partikel yang relative kasar disebut pasir (Sand), sedang bubur partikel halus disebut lanyau (smile). Waktu diatur sedemikian sehingga
pasir mengendap ke dasar peranti sedang lanyau terbawa oleh zat cair keluar.
2.6 Flokulasi
Flokulasi adalah
proses penggabungan muatan positif dan negatif sehingga membentuk muatan yang
lebih besar dengan tujuan menetralisir muatan yang ada pada partikel itu.
Banyak yang terdiri dari partikel yang mempunyai muatan listrik karena adanya
gaya saling tolak antara muatan yang sama, cenderung selalu terdispersi. Jika
kita tambahkan elektrolit, maka ion yang terbentuk di dalam larutan itu akan
menetralisir muatan partikel tadi. Partikel itu lalu dapat dialogmerasikan
menjadi flok – flok yang masing-masingnya terdiri dari banyak pertikel. Bila partikel semula
bermuatan negatif, kation elektrolit itulah yang efektif dan bila muatanya
negatif, maka anion yang aktif. Metode
lain untuk flokulasi mencakup pengunaan bahan aktif permukaan dan penambahan
bahan, seperti perekat gamping, alumina atau natrium sillikat, yang menyeret
partikel itu turun bersamanya.
(Brown, Willey and Sons, “Unit Operation”, 1991)
Partikel yang terflokulasi mempunyai dua
karakteristik pengendapan yang penting. Karakteristik pertama adalah bahwa
struktur flok itu sangat rumit. Agregasinya longgar dan ikatan antara
partikelnya lemah, dan flok itu mengandung air yang cukup banyak di dalam
strukturnya, maka akan ikut bersama flok itu turun ke bawah, walaupun pada
mulanya flok itu mengendap dalam pengendapan bebas atau terganggu, dan persamaan
umum pada prinsipnya berlaku namun tidaklah praktis bila kita menggunakan
hukum-hukum pengendapan secara kuantitatif
karena diameter dan bentuk flok itu tidak mudah didefinisikan.
Karakteristik
kedua dari pada pulp yang terflokulasi ialah peliknya mekanisme pengendapanya. Secara umum riwayat
pengendapan suspensi yang terflokulasi adalah sebagai berikut :
A A
B B
C
C
D
D
(A) (B) (C) (D) (E)
Gambar 2.1. Sedimentasi tumpak
Keterangan Gambar
a.
Gambar (A) menunjukan suspensi
yang terdistribusi secara seragam didalam zat cair dalam keadaan siap untuk
mengendap.
b.
Gambar (B) jika tidak terdapat
pasir dalam campuran itu, zat padat pertama yang menampakan diri ialah endapan
pada dasar bejana pengendap, yang terdiri dari flok yang berasal dari bagian
bawah campuran zat padat yang berupa flok tergeletak longgar diatas satu sama lain,
membentuk suatu lapisan, yang kita namakan zona D diatas zona D itu terbentuk lagi lapisan lain yaitu zona C, yang merupakan
lapisan transisi, dimana kandungan zat padatnya bervariasi dari yang seperti
pada pulp asal sampai seperti di dalam zona D. Diatas zona C terdapat zona B, yang terdiri dari suspensi homogen yang konsentrasinya sama
dengan pulp asal. Diatas zona B terdapat lagi zona A yang jika partikel itu telah terflokulasi penuh, merupakan zat
cair jernih.
c.
Gambar (C) dalam pulp yang
terflokulasi dengan baik batas antar zona A dan zona B itu tajam. Jika
terdapat pertikel yang teragmolerasi, zona A itu keruh dan batas antara zona A dan B kabur . dengan
adanya pengendapan, kedalam zone D dan A bertambah, dan tebal zona C tetap, zona B berkurang.
d.
Gambar (D) setelah pengendapan
selanjutnya, zona B dan C hilang, dan seluruh zat padat itu akan terdapat pada zone
D.
e.
Gambar (E) Sesudah itu efek
lain, yang disebut pemampatan (compresion) berlangsung saat dimana pemampatan itu bermula
disebut titik kritis atau critical point.
Pada pemampatan sebagaian dari zat cair yang tadinya ikut bersama flok kedalam
zona
kompressi D akan terperas keluar dimana bobot endapan itu menggambarkan struktur flok. Selama pemampatan itu berlangsung, sebagian dari
zat cair di dalam flok itu menyembur keluar seperti geiser – geiser kecil, dan
ketebalan zone itu berkurang. Dan akhirnya, bila bobot zat padat itu telah
mencapai keseimbangan mekanik dengan kekuatan tekan flok proses pengendapan itu
akan berhenti pada saat itu, lumpur sudah mencapai tinggi akhirnya.
(Mc.Cabe, “Operasi Teknik Kimia”, erlangga, 1990)
2.7 Zona Sedimentasi Di Dalam Kolom
Pengendapan Kontinyu
Sedimentasi merupakan salah satu cara
yang paling di ekonomis unuk memisahkan padatan dari suspensi bubur atau slurry. Operasi ini banyak digunakan
pada prosese-proses untuk mengurangi polusi dari limbah industri. Suspensi
sendiri dibedakan atas dua bagian yaitu:
a.
Suspensi cair adalah
suspensi dan konsentrasi dari partikel yang tidak cukup untuk membentuk
batas yang jelas terhadap air saat pengaturan berlangsung.
b.
Concentratif suspensi adalah
suspensi dengan suatu konsentrasi batas yang sangat besar sehingga terbentuk
batas yang jelas saat pengaturan berlangsung.
Dalam kolom
pengendap (penebal) kontinyu yang diperlengkapi dengan penggaruk untuk mengeluarkan limpahan
bawah pulp umpan dimasukan pada garis pusat alat, pada kedalaman kira-kira 1
inc dibawah permukaan zat cair sebagaimana
terlihat gambar 2, diatas ketinggian peggumpalan itu terdapat zona klarifikasi yang hampir
tidak mengandung zat padat sama sekali, disini kebanyakan zat cair yang masuk
bersama umpan mengalir keatas sehingga dapat dikeluarkan ke selokan limpahan.
Zat cair itu mengendap ke bawah dari ketinggian pengumpanan, bersama sebagian
zat cair yang keluar dari unit itu sebagai limpahan bawah.
Daerah dibawah
ketinggian pengumpanan disebut zone pengendapan dimana masing-masing flok
berada dalam sentuhan longgar satu sama lain, dan semua partikel turun kebawah
dengan kecepatan yang sama tanpa tergantung pada ukuran partikel. Didekat dasar
terdapat zone kompresi dimana konsentrasi zat padat meningkat dengan cepat sampai
nilainya sama dengan nilai pada limpahan bawah. Zona ini setara dengan zone D
pengendap tumpak, walaupun tentu pada pengendap kontinyu ketebalanya tidak
berubah dengan waktu. Dan penggaruk yang berkerja pada dasar zonakompresi ini cenderung
memecah struktur flok dan memampatkan limpahan bawah itu sehingga kandungan zat
padatnya lebih besar dari pada zona D pada pengendap tumpak
Puncak
zat cair
Tingkat
umpan klarifikasi 
Zona pengendapan  |
Kompresi
cp cu Konsentrasi C
gerafik 2.1. Hubungan
konsentrasi dengan tinggi puncak zat cair
pembagian zona-zona pengendapan pada alat
pengendap dapat dilihat pada gambar 4. dalam percobaan sedimentasi yang akan
kita pelajari ada 3 zone yang terjadi, yaitu :
a.
Zona A, merupakan cairan
jernih atau zona bening yang dimana pengendapan berlangsung sesuai dengan prinsip
yang telah di jelaskan, karena efek penyaring oleh partikel yang lebih besar,
makin tinggi konsentrasi bubur maka makin jernih produk cairan pada lapisan
atas. Pengendapan pada zona ini merupakan bagian yang paling penting karena diharapkan adalah
cairan jernihnya bukan suspensi pekatnya.
b.
Zona B, zona ini sering disebut
sebagai zona
pengendapan bebas (Free setling) atau
zona encer. Hal ini dikarenakan pada zona ini belum terjadi gaya dorong tetapi yang sangat
tampak adalah gaya gravitasinya dan padatan turun, dimana partikel yang lebih
besar menyaring partikel yang lebih kecil, konsentrasi padatan ini lebih tinggi
dibandingkan pada konsentrasi bubur atau slurry yang asli.
c.
Zona C, merupakan cairan yang pekat
dan tercapai pada saat saluran kapiler yang terisi oleh cairan terdesak
oleh slurry atau lumpur. pada kondisi ini saluran yang tersedia telah terisi
penuh dengan suspensi yang sangat ketat. Laju pengendapan pada zona ini sangat lambat
sehingga tidak banyak untuk di perhitungkan pada perancangan peralatan.
Zona
bening
 |
Zona
encer
 |
Zona
pekat
Gambar 2.2 Zona sedimentasi
2.8 Jenis Peralatan Sedimentasi
Berdsarkan
tujuan dari bahan apa yang ingin didapatkan maka sedimentasi ini dapat
digolongkan menjadi dua macam yaitu:
a. Penjernihan (klarifier)
Klarifier adalah pengendapan partikel padat
yang jumlahnya relative sedikit (1-5%) dengan suatu tujuan untuk memperoleh
cairan yang jernih, proses klarifier mencakup proses flokulasi dan koagulasi
.Proses koagulasi merupakan suatu proses dimana penambahan zat kimia atau
koagulan tertentu kedalam air yang diolah dan disertai pengadukan cepat
sehingga terbentuk flok suatu partikel yang halus, selanjutnya mengalami proses flokulasi yaitu bergabungnya flok-flok membentuk flok
yang leih besar.
b. Pemekatan (Thickener)
Thickener adalah peningkatan
konsentrasi atau konsentrasi zat padat dari campuran yang memiliki zat padat
yang relatif
banyak (15-30%), dan biasanya hasil padatnya yang diperlukan.
Didalam sedimentasi perlu dibedakan antara :
- Discrate partikel adalah partikel yang memiliki ukuran bentuk dan spesifik gravitasi tetap (tidak berubah dengan waktu) selama proses pemisahan berlangsung.
- Flocullant partikel adalah partikel yang memiliki sifat permukaan yang dapat membesar atau bergabung dengan partikel-partikel lain ketika akan bersinggungan sehingga ukuran bentuk mungkin akan berubah.
Sedimentasi merupakan salah satu cara yang paling ekonomis untuk memisahkan
yang padatan dari suspensi bubur atau slurry. Operasi ini banyak digunakan pada
proses-proses untuk mengurangai polusi dari limbah industri. Suspensi sendiri dibedakan atas dua
bagian yaitu :
a.
Suspensi cair adalah suspensi
dan konsentrasi dari partikel yang tidak cukup untuk membentuk batas yang jelas
terhadap air saat pengaturan berlangsung.
b.
Concentratif suspensi adalah suspensi dengan suatu konsentrasi batas yang jelas sangat besar
sehingga terbentuk batas yang jelas saat pengaturan berlangsung.
Perbedaan kedua suspensi diatas
mengakibatkan pola setting berbeda dan membutuhkan dan rancangan peralatan
sedimentasi selalu didasarkan pada percobaan sedimentasi pada skala yang lebih
kecil.
(F. Parikest, Ir. “Diklat
Alat-Alat Industri Kimia”, 1985)
2.9 Hukum – Hukum Yang
Mempengaruhi Sedimentasi
a. Hukum Newton I
Suatu benda akan tetap bergerak dalam
kecepatan tetap atau diam bila jumlah gaya yang berkerja pada benda sama dengan
nol.
F = 0…………………………………………………..……………(5)
b. Hukum Newton II
Gaya yang berkerja pada suatu benda
akan berbanding lurus dengan massa benda dan sebanding dengan percepatan pada
benda .
F =
m. a……………………………………………...…………….(6)
c. Hukum Newton III
Suatu gaya sebetulnya adalah hasil
interaksi dari dua benda tapi arahnya berlawanan.
Faksi = Freaksi……………………………………...……………….(7)
d. Hukum Archimedes
Suatu
benda dalam suatu fluida mendapatkan gaya apung yang besarnya sama dengan berat
fluida yang dapat dipindahkan oleh benda tersebut.
e. Hukum Stokes Suatu
benda dengan jari – jari r dijatuhkan dalam suatu fluida yang mempunyai
kekentalan maka gaya yang berkerja pada benda tersebut adalah beratnya sendiri.
Partikel di dalam suatu fluida
tertentu mengendap di bawah pengaruh gaya gravitasi pada laju maksimum
tertentu. Untuk meningkat laju dari suatu pendapan tertentu, maka gaya
grafitasi yang berkerja pada suatu partikel itu dapat digantikan dengan gaya
sentrifugal yang lebih kuat.
Gaya sentrifugal juga bermanfaat
untuk pemisahan secara pengendapan dan penyaringan. Kedua cara tersebut bila
menggunakan gaya sentrifugal sebagai gaya pendorong disebut sentrifugal dan
peralatanya disebut sentrifugasi dan peralatnya disebut Centrifuge.
Dalam hal ini penjernihan dilakukan
untuk dapat memisahkan suspensi yang mengandung bahan padat yang lebih berat
dengan kecepatan pengendapan yang lebih baik atau bahan padat yang lebih ringan
dengan kecepatan pengapungan yang baik. Dalam proses ini, kecepatan pemisahan pemisahan
oleh gaya berat adalah tinggi jika terdapat perbedaan yang besar antara
kerapatan cairan dan kerapatan bahan padat. Apabila perbedaan itu kecil maka
pemisahan metode ini tidak ekonomis. Dalam hal yang demikian kecepatan
pemisahan dapat diperbesar beberapa kali dengan menggunakan gaya- gaya
sentrifugal. Selanjutnya kecepatan pemisahan akan dapat dipengaruhi oleh
perbandingan luas permukaan terhadap massa oleh bentuk padatan dan volume
viskositas cairan tersebut. (Brown G.G weilley and sons,”Unit Operation”, 1991)
Rumus yang digunakan dalam
perhitungan sedimentasi
1.
Konsentrasi larutan (N)
N 
....................................................................(1)
....................................................................(1)
2.
Konsentrasi awal suspensi (gr/ml)
|
Berat
CaCO3
Vtotal .....................................................................(2)
3. Kecepatan sedimentasi (VL)
VL = ................................................................................(3)
4. Konsentrasi suspensi (CL)
CL = ........................................................................(4)
2.10 Laju Pengendapan Pada
Sedimentasi
Laju pengendapan partikel –partikel
dalam air tergantung pada berat jenis, bentuk dan ukuran atau dari partikel
tersebut dan viskositas cairan yang digunakan. Adanya penambahan zat uji
kemungkinan besar mempengaruhi laju
pengandapan sehingga dapat ditentukan zat uji yang dapat mempercepat
laju dari pengendapan sehingga dapat ditentukan lajunya dan mengetahui pengaruh
zat uji tersebut. Dimana dilakukan penganbilan sample tiap selang waktu tertentu dan
menimbang berat endapan serta menghitung berapa konsentrasi endapan yang
terjadi, sehingga kita dapat membandingakan kecepatan laju pengendapan dari
tiap gerakan pada partikel pada fluida dalam proses yang pengendapannya
terjadi.
Contoh grafik tinggi Lumpur (batas antara zona A dan zona B) dengan waktu yang
ditunjukkan pada gambar 2c, selama tahap awal pengendapan kecepatannya tetap,sebagaimana terlihat pada bagian
pertama kurva itu.setelah zat padatnya menggumpal di dalam zona D laju
pengendapan itu berkurang dan berangsur-angsur turun hingga mencapai tinggi
akhirnya. titik kritis dicapai pada
titik C dalam gambar .2c
Laju pengendapan lumpur berbeda-beda satu
sama lain, demikian pula tinggi relatif berbagai zona pengendapannya. Untuk menentukan
karakteristik pengendapannya secara teliti, setiap Lumpur itu harus diperiksa
dengan melakukan eksperimen terhadap masing-masingnya.
Z0
Zu
tinggi
patah
0 tu
0 WAKTU
Gerafik . 2.2 laju sedimentasi
Padatan yang tersuspensi dalam air
dapat dibedakan menjadi dua golongan yaitu :
1.
Padatan kasar
Adalah padatan
yang dapat dipisahkan dengan cara pengendapan yang sederhana dalam waktu yang singkat.
2.
Padatan halus
Adalah padatan
yang tidak dapat dipisahkan dengan cara pengendapan yang sederhana didalam
waktu yang relative singkat, atau tidak mempunyai peralatan pengendapan yang
dapat beroperasi secara komersial mekanisme penggerak (rake) yang dipasang
pada dasar tangki pengendap agar dapat mempermudah pengumpulan suspensi pekat
dari dasar tangki. (Mc. Cabe and Smith,”OTK II”, Thn:1991)
2.11 Peralatan Dalam
Sedimentasi
Dalam industri,
proses yang diuraikan di atas itu dilaksanakan dalam skala dengan menggunakan
alat yang disebut kolam pengendap atau baik penebal (Thickener). Untuk partakel-partikel yang mengendap dengan cepat tangki
pengendap tumpak atau kerucut pengendap kontinyu biasanya cukup memadai. Akan
tetapi, untuk berbagai tugas lain diperlukan alat penebal yang diaduk dengan
cara mekanik .Tangki yang besar dan agak dangkal yang mempunyai penggaruk
radial yang digerakkan dengan lambat dari suatu proses sentral. Dimana dasar
alat ini biasa datar biasa pula berbentuk kerucut dangkal. Bubur umpan yang
encer mengalir melalui suatu palung miring atau meja cuci masuk ditengah alat
penebal itu. Cairan itu lalu mengalir secara radial dengan kecepatan yang kian berkurang, sehingga memungkinkan
zat padat itu mengendap ke dasar tangki. Cairan jernih melimpah dari bibir
tangki ke dalam suatu palung. Lengan-lengan penggaruk itu mengaduk Lumpur itu
secara perlahan-lahan, dan mengumpulkannya ketengah tangki, sehingga dapat
mengalir dari situ kedalam bukaan besar yang bermuara pada pipa masuk pompa
lumpur.
Pada beberapa rancang tertentu lengan
penggaruk itu dibuat berengsel sehingga
dapat bergerak melewati setiap halangan, seperti gumpalan lumpur yang keras pada dasar tangki.
Kolam pengendap (penebal) yang dilengkapi dengan pengaduk
mekanik biasanya besar, dengan diameter berkisar antara 30-300 ft (10 - 100 ml)
dan kedalaman 8-12 ft (2,5 - 3,5 km). Pada alat penebal besar, penggaruknya
berputar sekali dalam 30 menit. Kolam pengendap ini biasanya sangat bermanfaat
bila kita mempunyai bubur encer dengan volume yang besar yang ketebalannya
seperti pada pembuatan semen atau produksi magnesium dari laut. Alat ini juga
banyak dipakai dalam pengolahan air limbah dan penjernihan air.
Volume cairan jernih yang dihasilkan
persatuan waktu dalam suatu kolam pengendap kontinyu bergantung pada luas
penampang yang tersedia untuk pengendap
dan dalam separator industri, hampir tidak bergantung pada kedalaman zat
cair, kapasitas yang lebih tinggi persatuan luas lantai biasa didapatkan dengan
menggunakan pengendap bertyalam banyak, yang terdiri dari beberapa zona
pengendapan yang dangkal, satu diatas yang lain, dalam tangfki berbentuk silinder. Lumpur yang
mengendap didorong kebawah dari satu talam ke talam yang berikut dengan
bantuan penggaruk atau pengerik. Pada alat ini kita dapat pula melakukan
pencurian anjakan lawan arah. Alat ini biasanya lebih kecil diameternya
daripada pengendap bertahap tunggal.
2.12 Proses Pengendapan Sentrifugal
Partikel tertentu didalam fluida
tertentu mengendap dibawah pengaruh gaya grafitasi pada laju maksimum
tertentu. Untuk meningkatkan laju pengendapan, gaya
gravitasi yang bekerja pada partikel itu dapat digantikan dengan gaya sentrifugal yang jauh
lebih kuat. Dalam operasi produksi, separator sentrifugal sudah banyak menggantikan
separator grafitasi karena separator sentrifugal itu jauh lebih efektif dengan partikel dan
tetesan halus, disamping volumenya yang jauh lebih kecil untuk kapasitas
tertentu.
A Pemisahan
zat padat dari gas , siklon
Kebanyakan
separator sentrifugal yang digunakan untuk mengeluarkan partikel dari arus gas
tidak mempunyai bagia-bagian yang bergerak sama sekali, contohnya ialah
separator siklon yang terlihat pada gambar 2e. Alat ini terdiri dari sebuah
silinder vertical yang mempunyai bagian bawah berbentuk kerucut, dengan pemasuk
yang merupakan garis singgung
(tangensial) pada bagian atasnya, sedang lubang keluar untuk debu-debunya
terletak diujung kerucut disebelah bawah. Lubang masuk itu biasanya berbentuk
siku empat. Pipa keluar menjulur kedalam silinder untuk menjaga agar tidak ada
aliran pintas udara masuk langsung keluar.
Udara masuk yang mengandung debu
mengalir dalam lintasan spiral
mengelilingi silinder kebawah bagian siklon yang berbentuk silinder itu.
Gaya
sentrifugal yang timbul didalam vorteks cenderung menggerakkan partikel secara
radial kearah diding dan partikel yang sampai kedididng itu meluncur kebawah
kedalam kerucut sehingga dapat dikumpulkan.
Gas keluar |
Debu dan gas 
masuk
 |
 |
 |
Debu keluar
Gambar. 2.3 Siklon
Siklon
pada dasarnya adalah peranti pengenap dimana gaya sentrifugal yang kuat, yang
bekerja secara radial, digunakan sebagai pengganti gaya grafitasi yang relative
lemah dan bekerja vertikal itu. siklon merupakan salah satu dari beberapa
peranti pemisah yang bekerja lebih baik pada beban penuh daripada
beban terbatas. Kadang-kadang dua siklon yang idsentik digunakan dalam susunan seri untuk
mendapatkan pengeluaran zat padat yang lebih lengkap, tetapi efisiensi unit
yang kedua itu akan kurang dari yang
pertama, karena umpan keunit, yang kedua mempunyai ukuran partikel
rata-rata yang lebih kecil. Siklon juga sangat banyak dipakai untuk memisahkan
zat padat dari zat cair, lebih untuk tujuan klasifikasi.
2.13 Jenis-Jenis Dekanter
Sentrifugal
Zat cair yang tak mampu campur (immiscible) dipisahkan secara industri
dalam decanter (pengenap – tuang) sentrifugal (sentrifugal decanter). Gaya
pisah disini jauh berlebih besar dari gaya grafitasi dan bekerja pada arah menjauh dari sumbu putaran dan bukan kearah bawah ke
permukaan bumi. Jenis-jenis utama decanter sentrifugal adalah mesin sentrifugal
tabung (tubular centrifuge) dan sentrifugal piring (disk centrifuge).
- Dekanter sentrifugal tabung
Mesin
pisah sentrifugal tabung untuk zat cair. Mangkuknya tinggi dan sempit, dengan
diameter 4 sampai 6 in (100 sampai 150 mm) dan berputar didalam rumahan yang
stasioner pada kecepatan kira-kira 15.000 put/min. Umpan masuk dari nosel
stasioner yang diselipkan dari suatu bukaan pada dasar mangkuk. Zat cair
terpisah menjadi 2 lapisan didalam mangkuk itu. Lapisan yang disebelah dalam,
atau lapisan ringan menumpah dari tanggul dibagian atas mangkuk dan terlempar
keluar ketutup pembuang yang stasioner dan dari situ kesuatu corot. Zat cair berat
mengalir melalui sebuah tanggul lain ketutup dan corot pembuang sendiri.Tanggul
yang dilewati aliran zat cair berat
dapat ditanggalkan dan digantin dengan tanggul lain yang ukuran bukaanya
berbeda. Posisi natar muka zat cair dan zat cair (zona netral) di jaga dengan keseimbangan hidraulik. Pada beberapa
rancang zat cair itu keluar dengan tekanan dan posisi antar muka itu diatur
dengan suatu katup luar pada pipa pembuangan.
- Dekanter sentrifugal piring
Untuk pemisahan zat cair dengan zata
cair tertentu mesin sentrifugal jenis piring sangat efektif. Alat ini terdiri
dari sebuah mangkuk pendek dan lebar, diameter 8-20 in (200- 500 ml) yang
berputar pada suatu sumbu vertical. Mangkuk itu datar pada bagian dasar tetapi
berbentuk kerucut pada bagian atas. Umpan masuk dari atas melalui suatu pipa
stasioner kedalam leher mangkok. Dua lapisan zat cair akan terbentuk seperti pada decanter
sentrifugal tabung masing-masingnya mengalir melalui tanggul yang dapat diatur
tanggulnya tingginya kecorot pembuang yang terpisah. Didalam mangkuk itu dan
berputar berasama itu ada beberapa “piring” yang tersususn dengan jarak pisah kecil, yang
sebetulnya terdiri dari kerucut-kerucut lembaran logam yang tersususn satu
diatas yang lain. Pada setiap piring terdapat lubang berpasangan kira-kira pada jarak ditengah – tengah antara
poros dan dinding mangkuk. Lubang-lubang itu membentuk saluran tempat zat cair itu lewat.
Dalam operasinya, zat cair umpan masuk kedalam mangkuk dari bawah, lalu
mengalir keatas melaui saluran itu melewati piring-piring. Zat cair berat akan
terlempar keluar dan mendorong zat cair ringan keararh tengah mangkuk. Dalam
perjalanannya keluar, zat cair itu akan menumbuk bagian bawah piring dan akan mengalir
dibawah kepinggir mangkuk tanpa terpaksa bertumbukan lagi dengan zat cair
ringan, demikian pula mengalir kedalam dan keatas melaui permukaan atas piring.
Oleh karena jarak antara piring-piring itu sangat rapat, jarak yang ditempuh oleh setiap tetesan
zat cair untuk keluar dari fase yang satu lagi pendek saja, jauh lebih pendek
dari decanter sentrifugal tabung dimana lapisan zat cairnya tebal. Disamping
itu, didalam mesin piring terdapat geser yang agak besar pada antar muka zat
cair dan zat cair pada waktu satu fase mengalir berlawanan arah dengan fase
yang satu lagi. Geser ini sangat membantu dalam memecah emulsi. Dekanter
sentrifugal piring sangat bermanfaat dalam, hal yang menjadi tujuan bukanlah
pemisahan penuh tetapi hanyalah pemekatan konsentrasi didalam satu fase
fluida, seperti dalam pemisahan lemak dari susu.
Jika zat cair yang diumpankan
kedekanter sentrifugal piring atau tabung itu mengandung kotoran atau partikel
zat padat berat, zat padat itu akan mengumpul didalam mangkuk dan harus dibersihkan
dengan menghentikan mesin, mengeluarkan dan membongkar mangkuk dan mengikis zat padat yang menumpuk.
Cara ini akan menjadi tidak ekonomis apabila kandungan zat padat didalam umpan
lebih dari beberapa persen saja.
Dekanter sentrifugal piring atau
tabung sangat
menguntungkan untuk memisahkan larutan zat padat dari minyak pelumas, zat cair
proses, tinta dan minuman yang harus bersih sempurna. Alat ini dapat mengeluarkan
zat cair berlendir atau seperti gelatin yang mungkin akan menyumbat filter
dengan segera.
(Mc. Cabe and
Smith, ” OTK II”, Thn :1991)
