studi kasus - kelompok 9

7/23/2019 Studi Kasus - Kelompok 9

1/14

MAKALAH PERISTIWA PERPINDAHAN

MENGHITUNG DIAMETER PARTIKEL KAPUR DALAM LUMPUR KERTAS

SEBAGAI LIMBAH PABRIK KERTAS

KELOMPOK 9 :

Adinda Sofura Azhariyah / NPM 1306370505

Afdhal Hanafi / NPM 1306370751

Andrea Rizky Sabrina Harahap / NPM 1306446345

Manggala Pascawardana / NPM 1306409375

Pangiastika Putri Wulandari / NPM 1306370493

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK, 20014


2/14

ii |

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena dengan rahmat

dan karunia-Nya, kami dapat menyelesaikan penyusunan makalah Peristiwa Perpindahan

yang berjudul Menghitung Diameter Partikel Kapur Dalam Lumpur Kertas Sebagai

Limbah Pabrik Kertas.

Kami mengucapkan terima kasih kepada Prof. Dr. Ir. Slamet M.T yang berperan

sebagai dosen Peristiwa Perpindahan Departemen Teknik Kimia pada semester ganjil

tahun ajaran 2014/2015. Teman-teman penulis terutama asisten yang ikut memberikan

kontribusi dalam pembuatan makalah ini, baik berupa saran maupun dukungan. Selain itu

kami mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam

penyelesaian makalah ini.

Penulis menyadari bahwa dalam makalah ini masih terdapat kekurangan. Oleh

karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang konstruktif dari pembaca agar

dapat diperbaiki dalam pembuatan makalah-makalah selanjutnya. Adapun harapan penulis

selaku pembuat makalah ini adalah semoga makalah ini dapat memberikan manfaat bagi

kita semua.

Depok, 11 Desember 2014

Tim Penulis


3/14

iii |

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ...................................................................................... ii

DAFTAR ISI ................................................................................................. iii

BAB I PENDAHULUAN .............. ............. ............. ............. ............. ...... 1

1.1.Latar Belakang .................................................................................................... 1

1.2.Tujuan Penulisan ..................................................................................... 2

1.3.Manfaat Penulisan ................................................................................... 2

1.4.Metode Penulisan .................................................................................... 2

BAB II LANDASAN TEORI ........................................................................... 3

BAB III ISI ........................................................................................................ 6

3.1Perhitungan Diameter Partikel Kapur dalam Limbah Lumpur Kertas ..... 6

3.2Analisis ...................................................................................................... 8

BAB III PENUTUP .......................................................................................................... 10

4.1 Kesimpulan ................................................................................. ......... 10

4.2Saran ............................................................................................................... .... 10

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 11


4/14

1 |

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Kertas adalah bahan yang tipis dan rata, yang dihasilkan dengan kompresi serat

yang berasal daripulp.Serat yang digunakan biasanya adalah alami, dan mengandung

selulosa dan hemiselulosa.

Kertas dikenal sebagai media utama untuk menulis, mencetak serta melukis dan

banyak kegunaan lain yang dapat dilakukan dengan kertas. Adanya kertas

merupakanrevolusibaru dalam dunia tulis menulis yang menyumbangkan arti besar

dalam peradaban dunia. Sebelum ditemukan kertas, bangsa-bangsa dahulu

menggunakan tablet dari tanah lempung yang dibakar. Hal ini bisa dijumpai dari

peradaban bangsaSumeria, Prasasti daribatu,kayu,bambu, kulit atau tulang

binatang,sutra, bahkan daun lontar yang dirangkai seperti dijumpai pada naskah

naskahNusantarabeberapa abad lampau.

Industri pulp dan kertas mengubah bahan baku serat menjadi pulp, kertas

dan kardus. Bahan baku tersebut mengandung Selulosa (terdapat dalam tumbuhan

berupa serat). Urutan proses pembuatannya adalah persiapan bahan baku, pembuatan

pulp (secara kimia, semikimia, mekanik atau limbah kertas), pemutihan, pengambilan

kembali bahan kimia, pengeringan pulp dan pembuatan kertas.

Limbah yang dihasilkan dari proses produksi pulp dapat dibedakan menjadi

tiga, yaitu cair, padat, dan emisi udara. Limbah cair yang dihasilkan dari proses

produksi diolah dengan menggunakan Instalasi Pengelolaan Air Limbah (IPAL) agar

tidak mencemari lingkungan sekitar. Namun, limbah cair tersebut masih memiliki

kandungan kapur di dalamnya. Kandungan kapur tersebut dapat mengendap di dasar

sungai jika limbah hasil produksi tersebut langsung dialirkan ke dalam sungai.

Dari permasalahan tersebut, penulis dapat mengetahui ukuran partikel kapur

yang terkandung dalam limbah hasil produksi dalam industri kertas tersebut dengan

mengetahui lamanya waktu pengendapan partikel kapur dalam limbah terbut.
http://id.wikipedia.org/wiki/Pulphttp://id.wikipedia.org/wiki/Selulosahttp://id.wikipedia.org/wiki/Revolusihttp://id.wikipedia.org/wiki/Sumeriahttp://id.wikipedia.org/wiki/Batuhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kayuhttp://id.wikipedia.org/wiki/Bambuhttp://id.wikipedia.org/wiki/Sutrahttp://id.wikipedia.org/wiki/Nusantarahttp://id.wikipedia.org/wiki/Nusantarahttp://id.wikipedia.org/wiki/Sutrahttp://id.wikipedia.org/wiki/Bambuhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kayuhttp://id.wikipedia.org/wiki/Batuhttp://id.wikipedia.org/wiki/Sumeriahttp://id.wikipedia.org/wiki/Revolusihttp://id.wikipedia.org/wiki/Selulosahttp://id.wikipedia.org/wiki/Pulp


5/14

2 |

1.2Tujuan Penulisan

Penulisan makalah ini bertujuan untuk :

1.

Sebagai aplikasi ilmu peristiwa perpindahan dalam proyek tugas akhir mata

kuliah peristiwa perpindahan.

2. Mengetahui ukuran partikel kapur yang terkandung dalam limbah hasil produksi

industri kertas dengan menghitung diameter partikel kapur tersebut.

3. Menyimpulkan seberapa besar ukuran partikel kapur yang mengendap di dasar

sungai setiap hari.

1.3Manfaat Penulisan

Penulisan makalah ini bermanfaat untuk :

1.

Memahami ilmu peristiwa perpindahan lebih dalam.

2. Mengaplikasikan ilmu peristiwa perpindahan dalam permasalahan yang terdapat

pada kehidupan sehari-hari

3.

Mengetahui ukuran partikel kapur dalam limbah industri kertas yang mengendap di

dasar sungai yang dapat menyebabkan pendangkalan sungai

1.4Metode Penulisan

Pada makalah ini kami akan menghitung ukuran partikel kapur yang

terkandung dalam lumpur kertas sebagai limbah hasil produksi kertas dalam industri

pulp dan kertas, pada kasus ini, partikel kapur diasumsikan berbentuk bola, sehingga

penulis dapat mengetahui ukuran partikel kapur dengan menghitung diameternya.

Partikel kapur yang terkandung dalam limbah tersebut mengalir melalui pipa

yang dialirkan hingga menuju sungai, di dalam sungai partikel kapur terbut dapat

mengendap karena aliran sungai tidak lancar. Dengan mengetahui lamanya waktu

pengendapan partikel kapur di dalam sungai, kita dapat menghitung diameter partikel

kapur dengan data-data yang telah diketahui.

Perhitungan dilakukan dengan mengaplikasikan ilmu peristiwa perpindahan

yaitu pada Buku Transport Phenomena 1stEditionpada Chapter 6dan Chapter 7.


6/14

3 |

BAB II

LANDASAN TEORI

Pengukuran partikel suatu zat dapat dihitung dengan mengaitkannya pada peristiwa

perpindahan antar fasa dalam sistem isotermal. Perpindahan yang terjadi dapat melalui

sebuah channel atau pipa, atau perpindahan disekeliling objek misalnya gerakan udara

disekitar sayap pesawat, gerakan fluida disekeliling partikel saat sedimentasi. Dalam

peristiwa perpindahan tentunya ada gesekan yang terjadi bai itu antar partikel maupun

partikel dengan wadah. Nilai yang menggambarkan gesekan suatu sistem disebut juga

dengan faktor fr iksi. Faktor friksi dapat ditentukan dengan cara

= + .....................(1)

= .................(2)Dimana :

F adalah gaya yang bekerja

adalah gaya yang bekerja pada fluida diamadalah gaya yang bekerja pada fluida bergerakA adalah luas yang ditempuh oleh suatu fluida

K adalah energi kinetik

f adalah faktor friksi

Aliran dalam sistem dapat berupa laminer maupun turbulen. Untuk mengetahui jenis

aliran tersebut bisa dilihat dari bilangan Reynold. Bilangan Reynold adalah bilangan tak

berdimensi yang menggambarkan distribusi kecepatan dari suatu sistem. Semakin besar nilai

bilangan Reynold, maka makin sistem semakin turbulensi. Berikut persamaan untuk

bilangan Reynold

= ..

.................(3)

Dimana :

Re adalah bilangan Reynold

adalah densitas fluidaadalah kecepatan aliran fluidaadalah diamter partikeladalah viskositas fluida


7/14

4 |

Seperti yang telah dibahas sebelumnya bahwa aliran dalam sistem dapat berupa aliran

laminer maupun turbulen atapun gabungan dari keduanya. Maka untuk menentukan nilai

dari faktor friksi dari masing-masing aliran dapat dilihat pada pembahasan dibawah ini.

Untuk aliran Laminer :

= < 2100........(4)Untuk aliran Turbulen :

= , 2,1 10 < < 1 0...........(5)Setelah mengetahui jenis aliran dalam sistem, maka selanjutnya lairan tersebut dapat

terjadi didalam channel atau pipa, maupun disekeliling objek. Jika aliran yang terjadi

disekeliling objek maka untuk menghitung faktor friksi dari fluida tersebut adalah :

= . ..........(6)Dengan:

g adalah gravitasi

adalah diamter partikeladalah kecepatan aliran fluidaadalah densitas objek/ padatan

adalah densitas fluida

Sedangkan untuk aliran yang terjadi dalam channel atau pipa, maka faktor friksi dari

fluida tersebut adalah :

= ( ).........(7)Dimana :

L adalah panjang sistem yang ditempuh fluida

D adalah diamter sistem

P adalah tekananadalah densitas fluida adalah kecepatan aliran fluidaDalam penerapannya, kita juga bisa menghitung nilai diamter partikel yang terbawa

oleh suatu fluida. Nilai tersebut dapat dihiutng dari waktu yang diperlukan partikel untuk

mengendap dalam sistem. Selain waktu tentunya kecepatan aliran juga mempengaruhi

lamanya partikel untuk mengendap. Persamaan unutk menghitung nilai dari diamter partikel

dapat dilihat dibawah ini :


8/14

5 |

= .. .............(8)Dimana :

adalah bilangan Reynoldadalah kecepatan aliran fluidaadalah densitas dari objekadalah diamter partikel adalah viskositas dari fluida


9/14

6 |

BAB III

ISI

3.1 Perhitungan Diameter Partikel Kapur dalam Limbah Lumpur Kertas

Soal :

Suatu pabrik kertas menghasilkan limbah berupa lumpur kertas tiap harinya. Lumpur

kertas ini mengandung kapur di dalamnya. Lumpur kertas mengalir dari saluran

pembuangan pabrik ke sungai dengan viskositas 0,1 g/cm.s dan densitas 0,721 gr/cc.

Pada suatu waktu, aliran lumpur kertas ke sungai tidak lancar sehingga lumpur kertas ini

pun mengendap dan tidak mengalir di dalam sungai. Dalam waktu 5 jam, limbah lumpur

kertas ini telah mengendap sepenuhnya di dasar sungai dengan kedalaman 0,36 m. Jika

partikel lumpur kertas diasumsikan adalah partikel kapur berbentuk bola dengan densitas

2,611 gr/cc, berapa ukuran diameter partikel kapur tersebut? Diasumsikan bahwa k/D

yang digunakan adalah k/D untuk pipa halus, yaitu 0,00023

Jawaban :

Diketahui :

lumpur = 0,721 gr/cm

3

s = 2,611 gr/cm3

= 0,1 gr/(cm.s)

t = 5 jam

h = 0,36 m

Ditanya :

Dp= ...?

Jawab :

1. = = , =2 10-3 /


10/14

7 |

2. = .

= . .

=43 .

. .

=

43

. .

= 43 980 . 0,1 .0,721 . 2 10

2,611 0,721 0,721 = 2,2 10

3. = 10 = 4,54 10 = 10 = 4,54 10

4. Plot di Grafik 6.3-1 , cari perpotongannya. Didapatkan dansebenarnya104

102

4,54 x 10-4 3 x 10-3 4,54 x 10-3


11/14

8 |

5. = .. = . . =

, ., = 0,21

3.2 Analisis

Partikel kapur yang terkandung dalam limbah tersebut mengalir melalui pipa yang

dialirkan hingga menuju sungai, di dalam sungai partikel kapur tersebut dapat

mengendap karena aliran sungai tidak lancar. Pengendapan juga diakibatkan karena

massa dari partikel dan gaya gravitasi. Jika dilihat dari massa jenis lumpur dan massa

jenis dari kapur yang bernilai cukup besar, tentunya hal ini dapat mengendapkan partikel

lumpur tersebut.

Untuk mengetahui diameter dari partikel, kita harus menghitung kecepatan aliran

fluida. Tentunya untuk melihat endapan kita menginginkan kecepatan yang tidak besar.

Terbukti dari perhitungan bahwa kecepatan aliran fluida sangatlah kecil. Jika kecepatan

aliran fluida kecil, maka waktu yang dibutuhkan partikel lumpur untuk mengendap lebih

singkat dibandingkan dengan fluida yang memiliki kecepatan aliran yang besar. Jika

dilihat pada kehidupan sehari-hari, jika kita ingin menjernihkan air dikolam yang

bercampur lumpur kita akan mendiamkan air kolam untuk beberapa saat. Setelah itu kita

akan melihat endapan mengumpul didasar kolam, dan air mulai bersih.

Kaitannya dalam kasus ini yaitu terletak pada distribusi kecepatan yang tejadi pada

sistem. Distribusi kecepatan ini digambarkan oleh suatu bilangan tidak berdimensi.

Bilangan tersebut disebut juga dengan bilangan Reynold. Jika nilai dari bilangan ini

semakin besar, semakin tidak teratur aliran dalam sistem. Dengan kata lain, semakin

besar nilai bilangan Reynoldnya semakin turbulen aliran fluida dalam sistem. Distribusi

kecepatan yang dihasilkan akan merata pada setiap sudut sistem.

Dalam kasus ini nilai dari bilangan Reynold-nya sangat lah kecil. Berarti aliran

fluida dalam sistem masih laminer. Jika telah mengetahui jenis aliran dalam fluida dan


12/14

9 |

nilai dari bilangan Reynold, selanjutnya kita mencari nilai yang menggambarkan

besarnya gesekan yang terjadi pada sistem. Nilai ini disebut juga dengan faktor friksi.

Hubungan antara nilai bilangan Reynold dengan nilai faktor friksi yaitu berbanding

terbalik. Semakin besar nilai bilangan Reynolda maka nilai dari faktor friksinya akan

semakin kecil, atau sebaliknya jika nilai dari bilangan Reynold nya kecil, maka nilai dari

faktor friksinya akan semakin besar.

Dalam kasus ini, terlihat bahwa nilai faktor friksi yang didapatkan sangatlah besar

yaitu sebesar 6600 dan nilai dari bilangan Reynoldnya sangatllah kecil yaitu sekitar 3 x

10-3. Jika dihubungkan dengan kecepatan aliran ternyata memang terbukti bahwa

kecepatan aliran kecil karena diakibatkan oleh gaya gesek yang sangat besar. Karena

adanya gaya gesek maka akan menghalangi partikel untuk mengalir dalam fluida.

Dengan demikian waktu partikel lumpur untuk mengendap dapat dihitung.

Dengan mengetahui lamanya waktu pengendapan partikel kapur di dalam sungai,

kita dapat menghitung diameter partikel kapur dengan data-data yang telah diketahui.

Karena nilai dari diameter partikel sebanding dengan nilai bilangan Reynold, maka

diamter partikel yang dihasilkan akan sangat kecil, namun dalam kasus diamter partikel

termasuk besar. Hal ini dikarenakan, meskipun diamter partikel sebanding dengan nilai

bilangan Reynold tapi nilai tersebut berbanding terbali dengan kecepatan aliran fluida.

Kita mendapatkan bahwa nilai dari kecepatan aliran fluida kecil, maka nilai dari diamter

partikel yang dihasilkan akan besar.


13/14

10 |

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Kecepatan aliran suatu fluida berbanding terbalik dengan waktu yang dibutuhkan

untuk mengendapkan partikel dalam fluida. Semakin cepat aliran fluida maka

semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk mengendapkan partikel dalam fluida atau

sebaliknya

Aliran fluida secara turbulen akan mendistribusikan kecepatannya merata pada setiap

sudut sistem, sedangkan pada aliran laminer distribusi kecepatannya tidaklah merata.

Adakalanya kecepatannya mencapai maksimum adapun mencapai minimum.

Jenis aliran dalam fluida dapat ditentukan dengan nilai dari bilangan Reynold. Jika

nilai bilangan Reynoldnya < 2100 maka jenis aliran fluidanya laminer. Jika

2,1 10 < < 1 0maka aliran termasuk turbulen. Gaya gesek digambarkan oleh nilai dari faktor friksi.

Nilai dari bilangan Reynold berbanding terbalik dengan nilai dari faktor friksi.

Diameter suatu partikel dapat ditentukan dari bilangan Reynold, viskositas, densitas

dan kecepatan.

Diameter partikel sebanding dengan nilai bilangan Reynold, dan berbanding terbalik

dengan kecepatan fluida.

4.2 Saran

Berdasarkan kesimpulan diatas, maka saran yang dapat penulis ajukan yaitu :

Untuk mengendapkan suatu objek, maka aliri dengan fluida dengan kecepatan yang

tidak terlalu besar. Sehingga akan efisien dalam penggunaan waktu.

Jika waktu yang diperlukan untuk mengendapkan suatu partikel sangatlah besar,

berarti kecepatan aliran fluida yang dialiri sangatlah kecil. Dengan demikian kita akan

bisa melihat secara perlahan objek yang diendapkan.

Untuk objek yang diendapkan hendaknya mempunyai ukuran dengan diamter yang

besar, sehingga pengendapan dengan aliran fluida yang lambat dapat berlangsung

cepat


14/14

11 |

DAFTAR PUSTAKA

- Welty et all. 2000.Fundamentals of Momentum, Heat, and Mass Transfer, 5thedition.

USA : Lehigh Press, Inc.

- Bird, R. Bryon . et all. 2002. Transport Phenomena, 2ndedition. USA : Library of

Congress Cataloging.

studi kasus - kelompok 9

Documents