Sedimentasi

I.  PENDAHULUAN

1.1.  Latar Belakang

Untuk mempermudah proses selanjutnya dalam suatu pengolahan perlu dilakukan pemisahan komponen-komponen  dari suatu campuran menjadi fraksi-fraksi individual. Dalam praktek pemisahan mekanis dapat diakukan dengan cara sedimentasi (pengendapan), sentrifugsasi (pemusingan), filtrasi (penyaringan) dan lain sebagainya. Pada sedimentasi antara partikel dipisahkan berdasarkan perbedaan densitas melalui suatu medium alir, pada sentrifugasi pemisahan antar partikel padat-cair terjadi karena perbedaan ukuran partikel yang dilewatkan melalui medium berpori.

Di dalam kehidupan sehari-hari sering dijumpai proses sedimentasi (pengendapan) yang diterapkan pada proses pengolahan air minum. Dimana air yang berasal dari sumber air sebelum langsung digunakan, air tersebut terlebih dahulu ditampung untuk disaring dan untuk mengendapkan partikel-partikel yang masih ada dalam air. Biasanya keberadaan partikel-partikel tersebut dapat menurunkan tingkat kebersihan dari air tersebut.

1.2.  Tujuan

Adapun tujuan praktikum kali ini adalah untuk menentukan kecepatan sedimentasi suatu suspensi.

II.   TINJAUAN PUSTAKA

Sedimentasi merupakan salah satu cara pemisahan antara komponen atau partikel berdasarkan perbedaan densitasnya melalui medium alir. Oleh karena itu, biasanya pemisahan tersebut berlangsung lama, terutama jika perbedaan densitas antar komponen tersebut tidak berbeda jauh. Secara visual, sedimentasi merupakan pemisahan suspensi menjadi dua fraksi yaitu fraksi supernatan (fraksi yang jernih) dan fraksi padat pada konsentrasi yang lebih tinggi. Dalam praktek, sedimentasi dapat dilakukan secara batch (terputus-putus untuk setiap satuan volume atau berat bahan yang akan dipisahkan per satuan waktu) atau secara kontinyu (terus menerus).

Dalam sedimentasi kecepatan partikel jatuh atau naik melalui medium alir dapat diperkirakan dengan menggunakan pendekatan matematis, tergantung kondisi partikel tersebut, apakah dalam keadaan jatuh bebas (free settling) atau dalam keadaan hindered settling (Anonim, 2005).

Menurut Earle (1982), dalam pengolahan bahan pangan dilakukan berbagai macam sistem operasi, yang masing-masing sistem memiliki peranan dan fungsi tersendiri bagi pengendalian mutu produk. Salah satu sistem operasi yang penting yaitu sedimentasi, yaitu teknik pemisahan suspensi berdasarkan perbedaan densitasnya melalui suatu medium alir. Sedimentasi (pengendapan) mempergunakan gaya gravitasi atau gaya sentrifugal untuk memisahkan partikel dari aliran bahan cair. Partikel biasanya bahan padat, dimana bahan padat akan mengendap didalam bahan cair yang kerapatannya lebih kecil daripada kerapatan bahan padat tersebut.

Untuk mempercepat proses sedimentasi dapat digunakan gaya sentrifugal. Dengan metode ini terutama campuran cair/padat dan cair/cair dapat dipisahkan, dibandingkan dengan metode yang menggunakan gaya berat, kecepatan pengendapan dengan gaya sentrifugal jauh lebih baik. Untuk meningkatkan laju pengendapan, gaya gravitasi yang bekerja pada partikel itu dapat digantikan dengan gaya sentrifugal. Dalam operasi produksi, separator sentrifugal sudah banyak menggantikan separator gravitasi karena separator sentrifugal itu jauh lebih efektif dengan partikel dan tetesan halus, disamping volumenya yang jauh lebih kecil untuk kapasitas tertentu (Bernasconi, 1995).

Bahan padat akan mengendap didalam bahan cair yang kerapatannya lebih kecil daripada jerapatan bahan padat tersebut. Pada konsentrasi yang rendah, hukum Stokes akan berlaku akan tetapi dalam kebanyakan hal praktek, sentrasin pada umumnya selalu sangat tinggi. Didalam konsentrasi yang tinggi ini dan bila selang ukuran partikel tidak terlalu lebih besar dari 10 : 1, seluruh partikel cenderung mengendap pada kecepatan yang sama. Kecepatan ini terletak antara selang yang diharapklan darihukum “Stokes” untuk partikel terbesar dan partikel terkecil sebagai pengaruh, partikel terbesar dan partikel terkecil sebagail pengaruh, partikel terbesar berkecepatan menurun dan dalam perlambatan ini partikel-partikel tersebut cenderung untuk mengumpulkan partikel kecil-kecil dan mempercepat partikel kecil tersebut. Makin tinggi konsentrasi, menghasilkan laju jatuh yang makin rendah (Maryanto, 1988).

Dalam beberapa hal, apabila tidak mungkin melakukan pengendapan partikel halus, kadang-kadang dapat diapungkan dengan mempergunakan gelembung-gelembung udara. Cara ini dikenal sebagai flotasi dan tergantung kepada kecenderungan relatilf udara dan air untuk berikatan ie partikel permukaan. Air pada permukaan partikel harus digantikan oleh udara, setelah itu daya apung udara cukup untuk mengangkat partikel dan gelembung menembus bahan cair (Praptiningsih, 1999).

Peralatan untuk pemisahan partikel padat dari bahan cair secara pengendapan gravitasi didesain untuk melengkapi waktu yang cukup bagi terjadinya pengendapan dan untuk membiarkan aliran berlebihan, serta endapan dipisahkan tanpa mengganggu pemisahan. Aliran yang terus menerus melalui peralatan pada umumnya dibutuhkan, sehingga kecepatan aliran haruslah serendah mungkin untukmencegah gangguan pada endapan (Gould, 1996).

III.       METODOLOGI PRAKTIKUM

3.1.  Alat dan Bahan

3.1.1.         Alat

-       Timbangan analitis

-       Gelas ukur 1000 ml

-       Senter

-       Pengaduk

-       Penggaris

-       Stopwatch/arloji

3.1.2.   Bahan

-       Bubuk jagung

-       Aquadest

3.2.  Skema Kerja

Siapkan gelas ukur 100 cc/1000 ml dan arloji

 

Buat suspensi dari jagung berukuran tertentu dalam berbagai konsentrasi

 

Masukkan suspensi dalam gelas ukur sampai tinggi suspensi dalam gelas ukur pada 1000 ml

 

Aduk suspensi

 

Amati pengendapan partikel jagung dengan mencatat penurunan tinggi batas beningan dengan slurry pada setiap interval 5 menit (setiap perubahan tinggi / cm berapa detik)

 

Amati juga apabila terbentuk sludge diatas gelas ukur

IV.  HASIL PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN

4.1.  Hasil Pengamatan

Waktu (menit/detik)	Perubahan Tinggi Batasan (cm)
0	24
0,3	23
0,8	22
1,4	21
1,7	20
2,4	19
2,8	18
3,1	17
3,4	16
3,9	15
5,1	14
5,9	13
6,8	12
7,5	11
9,4	10
10,5	9
11,6	8
13,3	7
14,6	6
16,8	5
18,0	4
20,1	3
25,9	2
28,0	1
30,2	0

  

Variabel	Harga
Berat padatan	30 gram
Berat air/volume air	475 ml
Volume padatan + air	490 ml
Volume padatan dalam air	15 ml

4.2.  Hasil Perhitungan

A.   Teoritis

-          D40 = 0,3699 x 10^-3  m

-          Pair pada 24⁰ C = 997,32 kg/m³

-          Berat bahan = 0,03 kg

-          Volume bahan = 15 x 10^-6

-          Ps = 2000 kg/m³

-          G = 10 m/s²

-          M(air kran 240C/2970K) = 0,9142 x 10^-3 kg/ms

-          Vt = 0,083 m/s

-          Nre = 33,49

-          Nre > 1          turbulen

-          Pers. 1 : c = 4,958 x 10-3/Vt²

-          Pers. 2 : Nre = 403,53 Vt

-          Trial and error :

1. Jika Vt = 0,083; maka c = 0,719 dan Nre = 33,49
2. Jika Vt = 0,008; maka c = 77,47 dan Nre = 3,23

B. Grafik

-          c = 7,9 dan Nre = 9

-          Vt = 2,5

-          Nre = 1008,8 > 1        turbulen

C. Berdasarkan Pengamatan

-          Vt = 0,91 m/s

-          Nre = 367,21 > 1        turbulen

4.3. Grafik

Waktu (s)	Tinggi Batasan (cm)
0	24
0.3	23
0.8	22
1.4	21
1.7	20
2.4	19
2.8	18
3.1	17
3.4	16
3.9	15
5.1	14
5.9	13
6.8	12
7.5	11
9.4	10
10.5	9
11.6	8
13.3	7
14.6	6
16.8	5
18	4
20.1	3
25.9	2
28	1
30.2	0

V. PEMBAHASAN

Salah satu cara pemisahan antar dua komponen atau lebih yang dilakukan dengan cara mekanis yaitu dengan sedimentasi (pengendapan). Sedimentasi adalah pemisahan antar komponen atau partikel berdasarkan perbedaan densitasnya melalui suatu medium alir. Secara visual dapat juga dikatakan bahwa sedimentasi merupakan pemisahan suspensi menjadi dua fraksi, yaitu fraksi supernatan (fraksi yang jernih) dan fraksi padat pada konsentrasi yang lebih tinggi.

Pada percobaan kali ini bahan yang digunakan adalah bubuk jagung yang tujuannya untuk menentukan kecepatan sedimentasi  dari suspensi jagung tersebut. Kemudian bubuk jagung sebanyak 30 gram dimasukkan kedalam gelas ukur 1000 ml yang berisi air. Setelah bubuk jagung dimasukkan kedalam gelas ukur + air, selanjutnya dilakukan pengadukan sampai merata. Suspensi yang terbentuk diamati pengendapannya dengan mencatat penurunan tinggi batas beningan dengan slurry pada interval 1 cm. Semakin lama proses sedimentasinya, maka akan semakin baik pemisahannya. Secara visual, proses sedimentasi menyebabkan terjadinya pemisahan suspensi menjadi dua fraksi, yaitu fraksi supernatan (fraksi jernih) dan fraksi keruh/padat (slurry). Pada proses sedimentasi, gaya yang digunakan partikel bahan ketika jatuh adalah gaya eksternal, dimana gaya tersebut menyebabkan adanya pergerakan dari partikel-partikel bahan. Disamping gaya eksternal, juga terdapat gaya dorong yang berfungsi untuk menahan gerakan atau gessekan yang muncul saat bahan bersentuhan dengan air.

Dalam sedimentasi, untuk mengetahui kecepatan pengendapan dari partikel bahan dapat dihitung dengan menggunakan rumus dari hukum Stokes/dapat diperkirakan dengan pendekatan matematis, tergantung dari kondisi partikel tersebut. Kondisi gerakan partikel ada dua, yaitu gerak jatuh bebas (free settling) dan hindered settling. Hindered settling merupakan gerak partikel padat pada konsentrasi yang tinggi, sehingga antar partikel yang satu dengan yang lain sangat rapat dan saling bertumbukan. Untuk menentukan kecepatan jatuhnya partikel tidak dapat menggunakan hukum Stokes karena hasil yang diperoleh nantinya akan lebih besar daripada hasil pengamatan yang sesungguhnya.

Hukum Stokes digunakan untuk menentukan kecepatan sedimentasi pada partikel jatuh bebas dalam memperkirakan kecepatan jatuh partikel padat yang tidak porous dan non compresible dan melalui media yang juga non compresibble dalam aliran yang laminair. Sedangkan pada daerah yang turbulen, kecepatan jatuh atau naiknya partikel padat berbanding langsung dengan akar dari diameternya. Pada proses sedimentasi terjadi gerakan browning yang merupakan gerak partikell yang lurus dan terputus-putus, yang terjadi adanya tumbukan antar partikel dalam medium alir.

Dalam proses sedimentasi (pengendapan) terdapat tiga gaya yang dapat mempengaruhi gerak jatuhnya partikel bahan, yaitu gaya gravitasi, gaya apung dan gaya gesek. Gaya gravitasi menyebabkan suspensi jatuh bebas, dimana semakin besar gaya tersebut, maka pengendapan partikel bahan semakin cepat. Untuk gaya apung berhubungan dengan berat bahan, dimana semakin ringan partikel bahan, maka gaya apungnya semakin besar dan pengendapannya semakin lama. Sedangkan pada gaya gesek partikel, partikel yang mempunyai bentuk yang kasar akan semakin memperbesar nilai hambatan partikel untuk mengendap. Ketiga gaya tersebut, selain mempengaruhi kecepatan pengendapn juga dapat mempengaruhi gerak dari aliran medium alir yang digunakan dalam proses sedimentasi. Gerak aliran terdiri dari dua macam, yaitu gerak laminair dan gerak turbulen. Aliran laminair adalah aliran yang terjadi jika unsur-unsur zat cair yang terpisah bergerak dalam aliran atau alur yang lurus dan beraturan, sedangkan aliran turbulen merupakan aliran yang terjadi karena gerakan yang berputar dan tidak beraturan.

Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh nilai yang berbeda dari secara teoritis dengan pengamatan. Perhitungan secara teoritis terjadi dalam hindered settling dengan nilai N_Relebih besar dari 1 (33,49), dan nilai Vt-nya sebesar 0,083 m/s, maka terbentuklah aliran turbulen, sehingga kecepatan sedimentasinya berbanding lurus dengan akar diameternya. Perhitungan dilanjutkan dengan Trial and Error dan diperoleh nilai N_Re sebesar 1008,8 dan Vt sebesar 2,5 m/s dan menunjukkan terbentuk aliran turbulen. Sedangkan untuk perhitungan berdasarkan pengamatan grafik diperoleh nilai Vt sebesar 0,91 m/s dan nilai N_Re sebesar 367,21 yang menunjukkan terbentuknya aliran turbulen. Dari perbandingan tersebut diperoleh perbedaan nilai N_Re dan Vt yang sangat jauh. Hal ini kemungkinan dikarenakan penentuan titik pada kurva ataupun grafik yang kurang tepat.

VI.  KESIMPULAN DAN SARAN

6.1.  Kesimpulan

Dari hasill pengamatan dan perhitungan serta pembahasan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa :

a.    Sedimentasi merupakan proses pemisahan antar komponen atau partikel berdasarkan perbedaan densitasnya melalui medium alir.

b.    Dua macam fraksi pemisahan suspensi, yaitu fraksi supernatan (fraksi jernih) dan fraksi padat (slurry).

c.     Gerakan jatuh partikel pada sedimentasi ada dua, yaitu free settling dan hindered settling.

d.    Tiga gaya partikel jatuh bebas pada sedimentasi, yaitu gaya gravitasi, gaya apung dan gaya gesek.

e.    Perhitungan secara teoritis terjadi dalam kondisi hindered settling, berbentuk aliran turbulen dengan nilai Nre > 1 yaitu sebesar 33,49 dan nilai Vt sebesar 0,083 m/s.

f.     Pada Trial and Error juga didapatkan aliran berbentuk turbulen dengan nilai Nre > 1.

g.    Pada perhitungan berdasar pengamatan diperoleh nilai Nre > 1, yaitu sebesar 367,21 yang juga terbentuk aliran turbulen dan nilai Vt-nya sebesar 0,91 m/s.

h.    Perbedaan nilai dari kedua perhitungan (teoritis dan pengamatan) disebabkan karena penentuan titik pada grafik maupun kurva yang kurang tepat.

6.2.  Saran

Sebaiknya bahan yang digunakan lebih dari satu macam, sehingga antar bahan yang satu dengan yang lainnya dapat dibandingkan kecepatan sedimentasinya.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2005. Petunjuk Praktikum Satuan Operasi. Jember : THP-FTP UNEJ

Bernasconi, G. 1995. Teknologi Kimia bagian 2. Jakarta : Erlangga

Earle, R.L. 1982. Satuan Operasi Dalam Pengolahan Pangan. Bogor : PT Sastra Hudaya

Gould, W.A. 1996. Unit Operation for The Food Industries. USA : LT I Publilcations, INC

Maryanto. 1988. Diktat Teknologi Pengolahan. Jember : FTP-THP UNEJ

Praptiningsih, Yulia. 1999. Buku Ajar Teknologi Pengolahan. Jember : FTP-THP UNEJ