STUDI PENGARUH KONSENTRASI CaCO3 TERHADAP KECEPATAN
SEDIMENTASI PADA PERCOBAAN SEDIMENTASI SECARA BATCH
Tivany Silvia, Annisa Putri Taranita, Agung Satrio P., dan Sinta Nuclea
Program Studi D3 Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya
2013
Abstrak
Salah satu metoda pemisahan yang dilakukan dalam praktikum operasi teknik kimia
adalah sedimentasi. Sedimentasi merupakan proses pemisahan larutan suspensi menjadi
fluida jernih (supernatant) dan slurry yang mengandung padatan lebih tinggi. Tujuan dari
percobaan sedimentasi ini adalah mempelajari proses pemisahan suspensi CaCO3 225 gram,
265 gram, dan 305 gram slurry menjadi supernatant dan slurry dalam bentuk pemisahan
batch pada skala laboratorium. Selain itu, juga menetapkan kecepatan pengendapan
(sedimentasi rate) suspensi CaCO3 225 gram, 265 gram, dan 305 gram. Adapun prosedur
percobaan dari sedimentasi ini pada tahap persiapan adalah menyiapkan seluruh peralatan
percobaan sedimentasi yang terdiri dari gelas ukur 1000 ml, stopwatch, erlenmeyer untuk
membuat larutan suspensi, spatula dan piknometer, lalu membuat larutan suspensi yang akan
digunakan untuk percobaan dengan cara menimbang CaCO3 225 gram, kemudian
mengaduknya hingga terbentuk larutan suspensi yang uniform. Pada tahap percobaan yaitu
menuangkan larutan suspensi, lalu mengaduk larutan suspensi agar dalam keadaan uniform
pada kondisi awal, kemudian mencatat perubahan tinggi interface untuk setiap penurunan
waktu 25 detik yang ditentukan hingga terjadi penurunan tinggi interface lagi, selanjutnya
melanjutkan pencatatan tinggi interface hingga konstan, lalu menghitung densitas saat
suspensi dalam keadaan homogen dan mengulangi percobaan yang sama dengan variabel
CaCO3 265 gram dan 305 gram. Kesimpulan dari percobaan sedimentasi adalah Kecepatan
pengendapan (sedimentation rate) dari suspensi CaCO3 225 gram adalah 0,0195 cm/s.
Kecepatan pengendapan (sedimentation rate) dari suspensi CaCO3 265 gram adalah 0,0165
cm/s. Kecepatan pengendapan (sedimentation rate) dari suspensi CaCO3 305 gram adalah
0,0133 cm/s. Semakin lama waktu pengendapan, maka kecepatan pengendapan slurry
semakin menurun. Semakin besar konsentrasi CaCO3, maka kecepatan pengendapannya
semakin turun. Hal ini karena adanya drag force yang berbanding lurus dengan konsentrasi.
Drag force atau gaya seret ini bekerja pada arah yang berlawanan dengan gerakan partikel
dalam fluida. Maka jika konsentrasi semakin besar maka kecepatan pengendapannya
menurun.
Kata kunci : Sedimentasi, Perubahan Tinggi Interface, Kecepatan Pengendapan, Konsentrasi
CaCO3
suspensi terdiri dari campuran fase cair dan
fase padat yang bersifat settleable (dapat
diendapkan karena perbedaan densitas
antara fasenya). Proses sedimentasi dapat
dilakukan secara batch dan continue.
I. Pendahuluan
Sedimentasi
merupakan
proses
pemisahan larutan suspensi menjadi fluida
jernih (supernatant) dan slurry yang
mengandung padatan lebih tinggi. Larutan
1
Proses batch sering digunakan untuk skala
laboratorium
sedangkan
continue
dipergunakan dalam proses komersil
dengan mempertimbangkan kecepatan
pengendapan terminal dari partikelpartikelnya. Percobaan skala laboratorium
dilakukan pada suhu uniform untuk
menghindari gerakan fluida atau konveksi
karena perbedaan densitas yang dihasilkan
dari perbedaan suhu (Mc. Cabe, 1985).
Kecepatan
pengendapan
dapat
ditentukan dengan mengamati tinggi
interface (antarfase) sebagai fungsi waktu
yang diberikan dan menggambarkan
tangen pada kurva yang diperoleh dari :
Pada point ini, tinggi Z1 dan Z2 adalah
intercept tangen pada kurva tersebut.
Kecepatan pengendapan (sedimentation
rate) :
Ketika slurrry dicairkan diendapkan
oleh gravitasi menjadi fluida yang lebih
jernih dan slurry dengan konsentrasi yang
lebih tinggi, proses ini disebut sedimentasi
atau terkadang disebut juga thickening. Uji
secara
batch
dilakukan
untuk
menggambarkan mekanisme pengendapan
dan
metode
penentuan
kecepatan
pengendapan.Pada awal sedimentasi batch,
konsentrasi padatan sepanjang silinder
uniform. Segera setelah proses mulai,
seluruh partikel suspensi solid jatuh bebas
melalui
fluida
pada
kecepatan
maksimumnya dibawah, kondisi hindered
settling yang ada. Partikel-partikel padat
jatuh bebas pada kecepatan yang sama dan
membentuk garis pembatas tajam antara
cairan jernih supernatant dan zona
suspensi serta slurry. Didalam slurry yang
mengandung
partikel-partikel
ukuran
berbeda, partikel-partikel yang lebih besar
akan mengendap lebih cepat dan mulai
menumpuk, dimana zona D dan zona
transisi C yang mengandung padatan yang
bervariasi antara konsentrasi zona B dan
zona
D
mulai
nampak.
Setelah
pengendapan lebih jauh atau pada kondisi
kecepatan pengendapan kompresinya, zona
B dan zona C tidak nampak tetapi hanya
terdapat slurry pekat pada zona D
(Geankoplis, C.J., 2003).
Keterangan:
V1 : Kecepatan pengendapan (cm/menit)
Zi : Tinggi interface 1(cm)
Z1 : Tinggi interface 2 (cm)
t1 : Waktu pengendapan (menit)
(Anonim, 2013).
A
Pada proses sedimentasi terdapat
beberapa faktor yang mempengaruhi
proses sedimentasi diantaranya adalah
kosentrasi. Semakin besarnya konsentrasi,
gaya gesek yang dialami partikel karena
partikel lain semakin besar sehingga drag
force-nya pun semakin besar. Hal ini
disebabkan karena dengan semakin
besarnya konsentrasi berarti semakin
banyak jumlah partikel dalam suatu
suspensi yang menyebabkan bertambah
gaya gesek antara suatu partikel dengan
partikel yang lain. Drag force atau gaya
seret ini bekerja pada arah yang
berlawanan dengan gerakan partikel dalam
fluida. Dalam hal ini gaya drag ke atas dan
gerakan partikel ke bawah. Gaya seret ini
disebabkan
oleh
adanya
transfer
momentum yang arahnya tegak lurus
permukaan partikel dalam bentuk gesekan.
Maka dengan adanya drag force yang
arahnya berlawanan dengan arah partikel
ini akan menyebabkan ya total untuk
mengendapkan partikel gerakan partikel
menjadi lambat karena semakin kecilnya
A
C
B
D
C
ZONA
Gambar I.1. Sedimentasi dengan
Proses Batch
2
gaya total ke bawah sehingga kecepatan
pengendapan semakin turun (Droste, 1997).
3. Memasukkan CaCO3 yang telah
ditimbang ke dalam erlenmeyer yang
berisi air.
4. Mengaduk hingga uniform.
Dalam
industri
kimia,
aplikasi
sedimentasi banyak digunakan dalam
beberapa kondisi seperti :
1. Penghilang endapan, hasil buangan
padatan tersuspensi dalam tangki
pengendapan.
2. Penghilangan tanah dan heavy silt dari
air tangki penampungan endapan.
3. Penghilangan substansi yang tidak
dapat mengendap dari air hasil buangan
industri dengan cara koagulasi dan
presipitasi terlebih dahulu.
C. Tahap Percobaan
1. Menuangkan larutan suspensi.
2. Mengaduk larutan suspensi agar dalam
keadaan uniform pada kondisi awal.
3. Mencatat perubahan tinggi interface
untuk setiap penurunan waktu 25 detik
yang ditentukan hingga tidak terjadi
penurunan tinggi interface lagi.
4. Melanjutkan
pencatatatan
tinggi
interface hingga konstan.
5. Menghitung densitas saat suspensi
dalam keadaan homogen.
6. Mengulangi percobaan yang sama
dengan variabel yang berbeda.
Untuk
lebih
memahami
proses
sedimentasi,
diadakan
percobaan
sedimentasi dengan tujuan mempelajari
proses pemisahan suspensi CaCO3 slurry
menjadi supernatant dan slurry dalam
bentuk
pemisahan batch pada skala
laboratorium. Selain itu, juga menetapkan
kecepatan pengendapan (sedimentasi rate)
suspensi CaCO3.
III. Hasil Percobaan dan Pembahasan
Tabel 1. Hasil Percobaan pada suspensi
CaCO3
t(s)
CaCO3
CaCO3
CaCO3
225 gram 265 gram 305 gram
0
100
100
100
25
82
83
89
50
68
68
79
75
59
55
72
100
50
44
65
125
39
37
60
150
28
31
55
175
20
19
50
200
15
18
43
225
14
17
37
250
13
16
33
275
11.5
15
28
300
11
14
24
325
10.8
13.5
21
350
10.7
13
18
375
10.4
12.5
17
400
10
12
16.5
425
9.7
11.5
16
450
9.7
11
15.5
2255
9.5
10.7
15
500
9.3
10.5
14.5
525
9.2
10.4
14
II. Metodologi Percobaan
Pada percobaan ini menggunakan bahan
CaCO3 sebanyak 225 gram, 265 gram, dan
305 gram serta air sebanyak 1000 ml untuk
membuat larutan suspensi CaCO3.
Sedangkan peralatan yang dibutuhkan
adalah : gelas ukur, spatula, timbangan
elektrik, stopwatch, viscometer ostwald,
piknometer, termometer, dan erlenmeyer.
Prosedur percobaan dilakukan sebagai
berikut :
A. Persiapan Alat
Menyiapkan
seluruh
peralatan
percobaan sedimentasi yang terdiri dari
gelas ukur, spatula, stopwatch, viskometer
ostwald, termometer, erlenmeyer, dan
piknometer.
B. Membuat Larutan Suspensi
1. Menimbang CaCO3 sesuai dengan
variabel yang telah diberikan.
2. Menuangkan air ke dalam erlenmeyer.
3
9.2
9.2
10.3
10.2
10.2
10.2
13.7
13.1
12.8
12.5
12.3
12
11.8
11.6
11.4
11.1
11
11
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
fase
sedimentasi
Linear
(hindred
setling)
Linear (fase
sedimentasi)
waktu (detik)
Grafik 3. Hubungan ketinggian (cm)
dengan waktu (detik) pada suspensi CaCO3
305 gram
Pada grafik 1, 2 dan 3 menjelaskan
bahwa semakin lama waktu pengendapan,
maka kecepatan pengendapannya semakin
turun yang terlihat dari interfacenya
semakin kecil dengan tinggi suspense (zi)
serta tinggi slurry dan supernatant (z1).
free setlling
ketinggian (cm)
hindred
setling
100 300 500 700 900
Berdasarkan Tabel 1. di dapat grafik
hubungan Antara tinggi interface dengan
waktu sebagai berikut:
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
free setlling
ketinggian (cm)
550
575
600
625
650
675
700
725
750
775
800
825
hindred
setling
fase
sedimentasi
Sehingga dengan menggunakan rumus:
Linear
(hindred
setling)
0
200 400 600 800
Linear (fase
sedimentasi)
Kecepatan pengendapan pada 225 gram
CaCO3 :
waktu (detik)
Grafik 1. Hubungan ketinggian (cm)
dengan waktu (detik) pada suspensi CaCO3
225 gram
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Kecepatan pengendapan pada 265 gram
CaCO3 :
free setlling
ketinggian (cm)
hindred
setling
Kecepatan pengendapan pada 225 gram
CaCO3 :
fase
sedimentasi
Linear
(hindred
setling)
Linear (fase
sedimentasi)
0
200
400
600
Dapat diperoleh kecepatan pengendapan
pada 225 gram CaCO3 sebesar 0,0195
cm/s, kecepatan pengendapan pada 265
gram CaCO3 sebesar 0,0165 cm/s, dan
kecepatan pengendapan pada 305 gram
CaCO3 sebesar 0,0133 cm/s.
800
waktu (detik)
Grafik 2. Hubungan ketinggian (cm)
dengan waktu (detik) pada susensi CaCO3
265 gram
4
Grafik 1, 2 dan 3 juga menunjukkan
bahwa pada proses free settling, laju
pengendapannya
semakin
cepat
dibandingkan pada proses hindered settling
yang mana laju pengendapannya semakin
lambat. Hal ini sesuai dengan literatur
bahwa pada proses free settling,jatuhnya
partikel dalam suatu fluida ini tidak
dipengaruhi oleh dinding dan faktor
benturan dengan partikel lain, sehingga
laju pengendapan akan semakin cepat.
Sedangkan
pada
proses
hindered
settling,partikel tidak dapat mengendap
secara bebas karena aliran partikel yang
satu mempengaruhi aliran partikel yang
lainnya dan terjadi saling berdesakan,
sehingga kecepatan pengendapan partikel
akan semakain kecil (Geankoplis, C.J,
1993).
sehingga drag force-nya pun semakin
besar. Hal ini disebabkan karena dengan
semakin besarnya konsentrasi berarti
semakin banyak jumlah partikel dalam
suatu suspensi yang menyebabkan
bertambahnya gaya gesek antara suatu
partikel dengan partikel yang lain. Drag
force atau gaya seret ini bekerja pada arah
yang berlawanan dengan gerakan partikel
dalam fluida. Dalam hal ini gaya drag ke
arah atas dan gerakan partikel ke bawah.
Gaya seret ini disebabkan oleh adanya
transfer momentum yang arahnya tegak
lurus permukaan partikel dalam bentuk
gesekan. Maka, dengan adanya drag force
yang arahnya berlawanan dengan arah
partikel ini akan menyebabkan gerakan
partikel menjadi lambat karena semakin
kecilnya gaya total ke bawah sehingga
kecepatan pengendapan semakin turun
(Geankoplis, C.J, 1993).
Sehingga hubungan antara kecepatan
pengendapan dan konsentrasi dapat
ditemukan. Berikut grafik hubungan antara
kecepatan
pengandapan
dengan
konsentrasi.
IV. Kesimpulan
Dari percobaan yang dilakukan dapat
diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Kecepatan
pengendapan
dari
larutan suspensi CaCO3 225 gram
adalah 0,0195 cm/s.
2. Kecepatan
pengendapan
dari
larutan suspensi CaCO3 265 gram
adalah 0,0165 cm/s.
3. Kecepatan
pengendapan
dari
larutan suspensi CaCO3 305 gram
adalah 0,0133 cm/s.
4. Semakin besar konsentrasi maka
kecepatan pengendapan slurry
semakin menurun.
40000
Konsentrasi (ppm)
35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
0
0.01
0.02
0.03
waktu (detik)
Kecepatan Sedimentasi
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2013. Modul Operasi Teknik
Kimia I. Surabaya : D3 Teknik Kimia FTI
ITS.
Droste, Ronald L. 1997. Theory and
Practice of Water and Watewater
Treatment. New York : John Wiley and
Sons, Inc.
Geankoplis,
C.J.
2003.
Transport
Processes and Separation Process
Principles. New Jesey : Prentice Hall.
Grafik 4. Perbandingan antara konsentrasi
dan kecepatan pengendapan
Pada Grafik 4. menjelaskan bahwa
semakin besar konsentrasi, maka kecepatan
pengendapannya semakin menurun. Hal ini
sesuai dengan literatur yang menyatakan
bahwa
dengan
semakin
besarnya
konsentrasi, gaya gesek yang dialami
partikel karena partikel lain semakin besar
5
Mc. Cabe. 1985. Unit Operations of
Chemical Engineering. New York : Mc
Graw-Hi ’s.
6