II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Pengendapan 1.
Pengertian pengendapan Pengendapan merupakan proses pemisahan larutan suspensi menjadi fluida
jernih supernatant dan slurry yang mengandung konsentrasi padatan lebih tinggi. Larutan suspensi terdiri dari campuran fase cair dan fase padat yang bersifat settleable, dapat diendapkan karena perbedaan density antar fasenya. Proses pengendapan dapat dilakukan neraca batch dan continue. Proses batch sering
dipergunakan
untuk
skala
laboratorium
yang
menggambarkan proses sedimentasi sederhana, sedangkan proses continiu dipergunakan dalam skala komersial dengan mempertimbangkan kecepatan pengendapan terminal dari partikel – partikelnya. Percobaan skala laboratorium dilakukan pada suhu uniform untuk menghindari gerakan fluida atau konveksi karena perbedaan densitasnya yang dihasilkan dari perbedaan temperatur.
2.
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kecepatan pengendapan a.
Konsentrasi
Semakin besarnya konsentrasi, gaya gesek yang dialami partikel karena partikel lain semakin besar sehingga drag forcenya pun semakin besar. Peristiwa 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 6
seret ini bekerja pada arah yang berlawanan dengan gerakan partikel dalam fluida, sehingga 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. b.
Ukuran partikel
Ukuran partikel berpengaruh langsung terhadap diameter partikel. Jika ukuran partikel semakin besar maka semakin besar pula permukaan dan volumenya. Luas permukaan partikel berbanding lurus dengan gaya drag dan volume partikelnya berbanding lurus dengan gaya apungnya. Peristiwa ini disebabkan gaya ke atas (gaya drag dan gaya apung) semakin besar sehingga gaya total untuk mengendapkan partikel semakin kecil sehingga kecepatan pengendapan semakin menurun. c.
Jenis partikel
Jenis partikel berhubungan dengan density partikel yang berpengaruh terhadap gaya apung dan gaya gravitasi yang dapat mempengaruhi kecepatan pengendapan suatu partikel dalam suatu fluida yang statis. Density partikel yang semakin besar akan menyebabkan gaya apung semakin kecil sedangkan gaya gravitasi semakin besar, sehingga resultan gaya ke bawah yang merupakan
7
penjumlahan dari gaya drag, gaya apung dan gaya gravitasi akan semakin besar pula, ini berarti kecepatan pengendapannya akan semakin besar. Kecepatan
pengendapan
dapat
ditentukan
dengan
mengamati
tinggi interface (antarfase) sebagai fungsi waktu yang diberikan. Pada point ini, tinggi Z1 dan Z2 adalah intercept tangen kecepatan pengendapan (sedimentation rate)(McCabe, W.L, Smith, J.C, Harriott, P, 1990). Sedimentasi merupakan salah satu bagian dari proses pemisahan yang didasarkan atas gerakan partikel zat padat melalui fluida akibat adanya gaya gavitasi. Kecepatan sedimentasi dapat bertambah dengan adanya flokulan. Efek flokulasi yang menyeluruh adalah menciptakan penggabungan partikel – partikel halus menjadi partikel yang lebih besar sehingga dengan mudah dapat diendapkan. Penggabungan antara partikel – partikel yang dapat terjadi apabila ada kontak antara partikel tersebut. Kontak partikel dapat terjadi dengan cara – cara berikut.(McCabe, W.L, Smith, J.C, Harriott, P, 1990). 1. Kontak yang disebabkan oleh gerak Brown (gerak acak partikel koloid dalam medium pendispersi) 2. Kontak yang disebabkan atau dihasilkan oleh gerakan cairan itu sendiri akibat adanya pengadukan. Kontak yang dihasilkan dari partikel yang mengendap yaitu dengan adanya tumbukan antara partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan lebih besar dengan partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan lebih kecil.
8
Y
Tinggi
Proses pengendapan
lapisan (Z) X Waktu (t) Gambar 1. Kurva hasil tes untuk proses sedimentasi Gradien (slope) dari kurva pada sembarang titik waktu menunjukkan kecepatan pengendapan suspensinya
dan merupakan karakteristik suatu
konsentrasi padatan spesifik. Sebagian permulaan kurva tersebut cenderung linear sesuai dengan kecepatan pengendapan konstan larutan pada konsentrasi awal. Thickening daerah permulaan tersebut menunjukkan bagian kecil yang sangat kecil dibanding waktu thickening total. Ketika waktunya meningkat, kecepatan pengendapannya menurun. Suatu cara untuk menjelaskannya yaitu dengan asumsi bahwa kecepatan pengendapan sebanding dengan konsentrasi padatan yang terkumpul. Ketika daerah dengan kecepatan pengendapan konstan terlampaui (Gambar 1), setiap titik pada kurva menunjukkan konsentrasi padatan yang berbeda – beda. Perlu ditekankan bahwa kurva pengendapan yang ditunjukkan dalam percobaan laboratorium hanya berlaku bagi slurry yang dipakai dan oleh sebab itu hasilnya mungkin mempunyai beberapa penyimpangan kecil. Persamaan empiris yang sering digunakan dalam menghitung kecepatan sedimentasi (Brown, 1950).
9
dz/dt =
Z1−Z2 t1−0
...........................................................[1]
Dimana : dz/dt :Kecepatan pengendapan (cm/menit) Z1
:Tinggi larutan suspensi (cm)
Z2
:Tinggi slurry dan supernatant (cm)
t1
:Waktu (menit)
2.1. Hukum – Hukum yang Mempengaruhi Sedimentasi 1) 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 2) Hukum Newton II Gaya yang berkerja pada suatu benda akan berbanding lurus dengan massa benda dan sebanding dengan percepatan pada benda . F = m. a 3) Hukum Newton III Suatu gaya sebetulnya adalah hasil interaksi dari dua benda tapi arahnya berlawanan. Faksi = Freaksi 4) Hukum Archimedes Suatu benda dalam suatu fluida mendapatkan gaya apung yang besarnya sama dengan berat fluida yang dapat dipindahkan oleh benda tersebut.
10
5) 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 dibawah pengaruh gaya gravitasi pada laju maksimum tertentu. Untuk meningkat laju dari suatu pengendapan 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. 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. 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. 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)
11
3.
Gaya yang bekerja pada partikel yang dalam keadaan bergerak di dalam fluida :
a.
Gaya luar, gravitasi atau sentrifugal
b.
Gaya apung (buoyant force), yang bekerja sejajar dengan gaya luar, tetapi pada arah yang berlawanan.
c.
Gaya seret, yang selalu terdapat bilamana ada gerakan relatif antara partikel dan fluida. Gaya seret itu bekerja melawan gerakan sejajar dengan arah gerakan partikel tetapi berlawanan arah.(Warren L.Mc cabe dkk, 1993)
1. Fluida Fluida adalah sub – himpunan dari fase benda termasuk cairan, gas, plasma dan padat plastik. Fluida memiliki sifat tidak menolak terhadap perubahan bentuk dan kemampuan untuk mengalir (umumnya kemampuannya untuk mengambil bentuk dari wadah mereka). Sifat ini biasanya dikarenakan sebuah fungsi dari ketidakmampuan mereka mengadakan tegangan geser (shear stress) dalam ekuilibrum statik. Konsekuensi dari sifat ini adalah Hukum Pascal yang menekankan pentingnya
tekanan dalam mengarakterisasi bentuk fluida.
Kesimpulan bahwa fluida adalah zat atau entitas yang terdeformasi secara berkesinambungan apabila diberi tegangan geser walau sekecil apapun tegangan geser itu. Fluida dapat dikarakterisasikan sebagai berikut : a.
Fluida newtonian
Fluida Newtonian (istilah yang diperoleh dari nama Isaac Newton) adalah suatu fluida yang memiliki kurva tegangan/regangan yang linear. Contoh umum
12
dari fluida yang memiliki karakteristik ini adalah air . Keunikan dari fluida newtonian adalah fluida ini akan terus mengalir sekalipun terdapat gaya yang bekerja pada fluida. Faktor ini disebabkan karena viskositas dari suatu fluida newtonian tidak berubah ketika terdapat gaya yang bekerja pada fluida. Viskositas dari suatu fluida newtonian hanya bergantung pada temperatur dan tekanan. b.
Fluida Non Newtonian
Fluida non newtonian adalah suatu fluida yang akan mengalami perubahan viskositas ketika terdapat gaya yang bekerja pada fluida tersebut,sehingga menyebabkan fluida non newtonian tidak memiliki viskositas yang konstan. Berkebalikan dengan fluida newtonian pada fluida newtonian viskositas bernilai konstan sekalipun terdapat gaya yang bekerja pada fluida. Fluida yang tegangan gesernya
tidak
berhubungan
secara
linear
terhadap
regangan
disebut
sebagai fluida non newtonian. Campuran antara bubuk jagung, ketika ditempatkan pada tempat yang rata, mengalir mejadi menipis. Namun ketika campuran diganggu dengan acak, terlihat seperti kerusakan dan bersifat seperti zat padat. Campuran merupakan tegangan geser non newtonian menipiskan fluida dan menjadikan lebih kental pada saat tegangan geser meningkat melalui aksi sendok yang acak. Sebaliknya bila fluida non newtonian diaduk akan tersisa suatu lubang. Lubang ini akan terisi seiring dengan berjalannya waktu. Sifat seperti ini dapat teramati pada material – material seperti puding. Peristiwa lain yang terjadi saat fluida non newtonian diaduk adalah penurunan viskositas yang menyebabkan fluida tampak lebih tipis (dapat dilihat
13
pada cat). Banyak tipe fluida non newtonian yang kesemuanya memiliki properti tertentu yang berikut contoh cairan non newtonian. Suatu cairan non newtonian disebut bersifat dilatant, apabila hambatan akan membesar ketika tegangan geser yang bekerja padanya makin besar, atau cairan menjadi seolah – olah makin kental jika teraduk. Dilatant yang bukan newtonian berupa campuran pigmen, zat pewarna, tinta, pengental seperti kanji/tapioka, silicone, pasta-PVC, drilling fluid, mud, dll. Suatu cairan non newtonian disebut bersifat pseudoplastic, apabila hambatan akan berkurang ketika tegangan geser yang bekerja padanya makin besar atau cairan menjadi seolah – olah makin encer jika teraduk, selain itu terdapat perilaku aneh lain dari fluida non newtonian. a.
Sifat plastic, misal permen karet
b.
Ideal bingham, misal odol dan emulsi
c.
Thixotrop, misal pasir apung, daging giling, pasta ikan
d.
Rheopex, misal epoxyrubah pada keadaan tertentu.
2.
Proses Pengendapan Berdasarkan ada tidaknya pengaruh terhadap jatuhnya suatu partikel yang
akan mengendap, proses sedimentasi terbagi menjadi dua yaitu : a.
Free Settling Peristiwa ini terjadi jika jumlah partikel dalam pengendapan cukup sedikit,
partikel cukup jauh dari dinding dan jarak antara partikel satu dengan partikel yang lain cukup jauh, sehingga jatuhnya partikel dalam suatu fluida tidak 14
dipengaruhi oleh dinding dan faktor benturan dengan partikel lain, maka laju pengendapan akan semakin cepat. Gaya total yang terdapat dalam partikel adalah sebagai berikut : F = Fg – Fb – Fd.....................................................[2] Dimana : F
: Gaya total dalam partikel (N)
Fg
: Gaya gravitasi efektif (N)
Fb
: Gaya friksi antara dinding dan partikel (N)
Fd
: Gaya tarik (N) Gaya total ini sama dengan gaya yang bekerja pada partikel, yang
mempercepat partikel persamaan di atas menjadi : m. (dv/dt ) = Fg – Fb – Fd......................................[3] Dimana: m
: Massa (g)
dv/dt : Percepatan partikel (m/dt2) Fg
: Gaya gravitasi efektif (N)
Fb
: Gaya friksi antara dinding dan partikel (N)
Fd
: Gaya tarik (N)
b.
Hindered settling Hindered terjadi apabila konsentrasi padatan itu tinggi, maka pertikel tidak
dapat mengendap secara bebas, karena aliran pertikel yang satu akan
15
mempengaruhi aliran disekitar partikel yang lain karena jumlah partikel cukup banyak, maka partikel yang satu dengan partikel yang lain akan saling berdesakan, sehingga kecepatan pengendapan partikel akan semakain kecil. Dalam pengamatan di laboratorium, kondisi seperti ini dapat terjadi jika digunakan peralatan dengan diameter kecil, maka partikel yang mengendap tersebut dipengaruhi oleh halangan (hindered). c.
Kompresi Zona ini partikel – partikel berada dalam keadaan yang sangat dekat dengan
partikel – partikel lainnya. Liquid yang berada diantara partikel – partikel tersebut akan dikeluarkan menuju ke zona liquid yang jernih yang berada di atasnya, dari proses ini akan diperoleh endapan yang diharapkan Waktu proses pengendapan suatu endapan dapat terjadi suatu zat yang biasanya dapat larut akan terbawa mengendap dan peristiwa ini disebut kopresipitasi. Contoh suatu larutan barium klorida yang mengandung sedikit ion nitrat dan ke dalam larutan ini ditambah pengendap asam sulfat maka endapan barium sulfat akan mengandung barium nitrat. Konteks ini diistilahkan nitrat tersebut dikopresipitasi bersama sulfat. Kopresipitasi dapat terjadi karena terbentuknya kristal campuran atau adsorpsi ion – ion selama proses pengendapan. Kristal campuran ini memasuki kisi kristal endapan, sedangkan ion – ion yang teradsorpsi ditarik ke bawah bersama – sama endapan pada proses koagulasi.
16
1.
Endapan Kristalin
Waktu pembentukan endapan kristalin seperti bariumsulfat, ketidakmurnian teradsorpsi sewaktu partikel – partikel endapan masih kecil. Ketika partikel tersebut membesar dapat terjadi pengotor tersebut berada atau masuk dalam kristal. Pengotoran jenis ini disebut oklusi. Kopresipitasi dapat dikurangi tetapi tidak dapat dihilangkan sama sekali, dengan cara penambahan kedua pereaksi itu. Bila diketahui bahwa sampel atau pengendap mengandung ion pengotor maka larutan ini dapat ditambahkan kepada larutan yang lain. Konsentrasi pengotor dapat dijaga agar minimum pada tahap – tahapan awal presipitasi. Kemurnian suatu endapan kristalin dapat ditingkatkan dengan jalan disaring, dilarutkan kembali (ulang) dan kemudian diendapkan kembali. Dapat dilakukan bila endapan tersebut mudah dilarutkan. Tetapi endapan barium sulfat yang tidak mudah dilarutkan kembali, kemurniannya dapat ditingkatkan dengan proses penuaan atau pencernaan. 2.
Endapan selai/gelatin
Partikel – partikel endapan selai jumlahnya lebih banyak dan jauh lebih kecil ukurannya dibandingkan partikel endapan kristalin. Karena kecil maka luas permukaan pada larutannya sangat besar/luar biasa besarnya. Keadaan seperti ini mengakibatkan teradsorpsinya air dalam jumlah relatif besar. Peristiwa ini menyebabkan endapan tersebut mirip gelatin dan adsorpsi ion – ion lainnya sangat ekstensif. Partikel – partikel endapan selai tidak mudah tumbuh menjadi besar dan pengotor tidak akan masuk ke dalam endapan tapi akan terikat pada permukaan partikel – partikel kecil tadi.
17
Ion – ion hidrogen dan hidroksida mudah teradsorpsi oleh endapan selai seperti Fe(OH)3 dan Al(OH)3. Besi (III) hidroksida bermuatan positif pada pH ñ 8,5 tetapi bermuatan negatif pada pH lebih tinggi dari itu. Untuk meningkatkan kemurnian endapan selai dapat dilakukan dengan pencucian atau pengendapan ulang. Proses pencernaan tidak berguna karena endapan selai tersebut sedikit sekali dapat larut sehingga partikel – partikelnya tidak terlalu cenderung tumbuh untuk membesar.
B. Pemisahan secara gravitasi 1.
Prinsip Pemisahan Secara Gravitasi, Gravity Separation Gravity separation merupakan Operasi konsentrasi atau pemisahan satu
mineral atau lebih dengan mineral lainnya yang memanfaatkan perbedaan nilai density, berat jenis dari mineral – mineral yang akan dipisah. Mineral – meneral yang terdapat dalam bijih akan merespon gaya gravitasi sesuai dengan nilai density yang dimilikinya. Mineral – mineral yang memiliki density tinggi, biasanya disebut dengan mineral berat, sedangkan mineral yang memiliki density rendah biasa disebut mineral ringan. Media yang digunakan pada pemisahan secara gravitasi adalah fluida, bisa air atau udara. Umumnya media pisahnya adalah air. Media fluida partikel bergerak sesuai dengan density dan ukurannya.
18
2.
Gerakan Partikel Pada Bidang Vertikal
Fluida bidang vertical, mineral berat akan memiliki kecepatan pengendapan yang tinggi. Mineral ini akan memiliki lintasan yang relative lebih jauh dibanding dengan mineral ringan untuk satuan waktu yang sama. Perbedaan kecepatan relative antar partikel mineral dalam fluida inilah yang kemudian dimanfaatkan untuk operasi pemisahan. Jarak tempuh partikel mineral ditentukan oleh density dan ukuran jika density beda tapi ukuran sama, maka mineral berat akan melintas lebih dulu. Jika density sama tapi ukuran beda, maka mineral besar akan memiliki kecepatan lebih tinggi dan melintas lebih dulu. Bijih dengan sejumlah partikel mineral dengan density dan ukuran beda diendapkan dalam tabung berisi air. Setiap mineral akan mengendap dengan kecepatan sesuai dengan density dan ukurannya. Tabung akan tersusun lapisan berdasarkan density dan ukuran. Lapisan ini disebut stratifikasi mineral. Lapisan paling bawah ditempati oleh mineral berat dengan ukuran besar. Mineral ini mempunyai kecepatan pengendapan tertinggi. Lapisan di atasnya ditempati mineral berat dan ringan yang memiliki lintasan sama(mineral berat dan ringan memiliki kecepatan pengendapan sama). Lapisan teratas ditempati oleh mineral ringan ukuran kecil atau mineral dengan kecepatan pengendapan terendah. Mineral – mineral yang masuk dalam kelompok mineral berat misalnya kasiterite, emas, galena, tembaga, wolframite, sedangkan mineral – mineral yang dikelompokan dalam mineral ringan misalnya kuarsa, feldspar, mika, gypsum, graphite.
19
3.
Gerakan Partikel Pada Aliran Tipis Fluida bidang miring atau aliran tipis atau flowing film, gerakan partikel
mineral terdiri dari dua gerakan yaitu gerakan partikel sebelum mencapai dasar bidang miring, dan gerakan partikel mineral pada dasar bidang miring.
4.
Gerakan Partikel Sebelum Mencapai Dasar Bidang Miring Sebelum mencapai dasar bidang miring, semua partikel mempunyai gaya aksi
ke bawah atau mengendap yang proposional dengan ukuran dan density. Waktu yang bersamaan, dorongan fluida akan membawa partikel bergerak secara horizontal. Setiap mineral akan memiliki empat gaya yaitu, gaya dorong fluida, gaya gravitasi, gaya apung, dan gaya drag. Keempat gaya ini akan menentukan perilaku atau pergerakan mineral selama mengendap untuk mencapai landasan atau dasar bidang miring. Setiap mineral akan mencapai dasar bidang miring sesuai dengan density dan ukurannya. Mineral berat dengan ukuran besar akan mengendap dan mencapai dasar lebih awal. Partikel ini memiliki lintasan terpendek, sedangkan partikel ringan yang berukuran kecil akan mengendap terakhir dan melintas paling jauh.
5.
Gerakan Partikel Pada Landasan Aliran (Dasar/Lantai) Setelah mencapai dasar bidang miringnya, setiap pertikel mineral akan
dikenai distribusi kecepatan fluida atau gaya dorong fluida yang tidak sama. Kecepatan fluida hampir nol pada pemukaan atau dasar bidang dan maksimum pada interface atau antar muka fluida udara. Dasar bidang ini partikel akan bergerak dengan cara menggelinding/rolling atau meluncur/sliding. 20
Aksi rolling terjadi pada zona fluida dengan kecepatan yang relatif tinggi. Aksi Roliing tergantung pada bentuk partikel dan kekasaran dari permukaan bidang miringnya, sedangkan aksi sliding terjadi pada zona dengan kecepatan rendah, dekat permukaan bidang datar. Aksi Sliding tergantung pada ke dalaman lapisan fluida dan sudut bidang datarnya. Gerakan partikel pada dasar bidang miring dipengaruhi oleh gaya dorong fluida, gaya gravitasi , dan gaya gesek. Ketiga gaya ini akan bertanggung jawab terhadap pergerakan pertikel dan resultan ketiga gaya inilah yang menentukan posisi dari partikel di dasar bidang datar. Jika partikel mempunyai density dan ukuran berbeda, maka pergerakan partikel ditentukan oleh ukuran dan density. Partikel besar dan ringan bergerak lebih cepat dari yang lainnya dan akan menempati posisi terdepan. Partikel – partikel ini akan memiliki lintasan terjauh, sedangkan partikel – partikel kecil dan berat akan bergerak paling lambat dan akan menempati posisi terakhir dan memiliki lintasan terpendek(Utami, M, Rosa. 2014)
C. Partikel Penyusun Materi atau Zat Partikel adalah sebuah satuan dasar dari benda atau materi, bisa juga dikatakan partikel merupakan satuan bagian terkecil dari suatu materi. Jenis partikel ini ada 3 yaitu atom, molekul, dan ion jadi, baik atom, molekul, dan ion ketiganya merupakan satuan terkecil dari materi yg secara umum disebut partikel
21
Gambar 2. Partikel dasar penyusun materi.
1.
Atom Atom adalah Satuan terkecil dari suatu materi yang terdiri atas inti, yang
biasanya mengandung proton (muatan+) dan neutron (netral), dan kulit yang berisi muatan negatif yaitu elektron, ada juga yang menyebutkan bahwa atom adalah partikel penyusun unsur. 2.
Molekul Molekul adalah gabungan dari beberapa atom unsur, bisa dua atau lebih,
artinya ketika berbicara molekul maka yang dibayangkan adalah gabungan atom – atom (bukan satu atom). Molekul adalah partikel terkecil dari suatu unsur/senyawa 3.
Ion Ion adalah atom yang bermuatan listrik yang mana disebut kation, dan ion
yang bermuatan negatif disebut anion. Kation dan anion dapat berupa ion tunggal
22
hanya terdiri dari satu jenis atom atau dapat pula berupa ion poliatom mengandung dua atau lebih atom yang berbeda.
D. Jenis – Jenis Materi atau Zat Materi atau zat secara umum dibagi menjadi 2 bagian yaitu zat tunggal dan campuran. Zat tunggal dapat berupa unsur, atau berupa senyawa, sedangkan campuran dapat berupa campuran homogen atau berupa campuran heterogen.
Gambar 3. Bentuk materi
1.
Unsur Unsur adalah sekelompok atom yang memiliki jumlah proton yang sama pada
intinya. Jumlah ini disebut sebagai nomor atom unsur. Unsur didefinisikan pula sebagai zat tunggal yang sudah tidak bisa dibagi – bagi lagi menjadi bagian yang lebih kecil.
23
2.
Senyawa Senyawa adalah zat tunggal yang terdiri atas beberapa unsur yang saling kait
– mengai. Senyawa dibentuk dari minimal 2 unsur yang berbeda. Walaupun dibentuk dari unsur yang berbeda, namun senyawa tetap disebut zat tunggal, karena sifat – sifat unsur yang membentuknya tidak dapat ditemukan pada senyawa. Senyawa telah menjelma menjadi zat yang baru dengan ciri khas senyawa adalah mempunyai perbandingan massa penyusun yang tetap, air tersusun dari oksigen dan hidrogen dengan perbandingan massa unsur oksigen banding hidrogen adalah selalu 8 : 1. Perbedaan antara senyawa dengan molekul adalah setiap senyawa merupakan molekul namun setiap molekul belum tentu senyawa. Senyawa adalah gabungan minimal 2 atom berbeda, sedangkan molekul gabungan minimal 2 atom bisa sama bisa juga berbeda. 3.
Campuran Campuran adalah zat yang tersusun dari beberapa zat yang lain jenis dan
tidak tetap susunannya dari unsur dan senyawa. Campuran merupakan materi yang terdiri dari dua atau zat tunggal. Materi yang kita jumpai sehari – hari hampir semuanya campuran, bahkan kita sering membuat campuran bahan, misalnya ketika kita membuat kopi atau teh manis. Campuran dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu:
Campuran homogen = Larutan
Campuran Heterogen = Suspensi, dan
Campuran yang keadaannya antara suspensi dan larutan = Koloid
24
a.
Larutan Larutan adalah campuran dua zat atau lebih yang terdiri dari zat terlarut dan
pelarut. Ukuran partikel larutan sangat kecil, kurang dari 1 nm, sehingga tidak dapat dilihat dengan menggunakan microskop ultra sekalipun. dan tidak dapat dibedakan antara zat terlarut dan medium pelarutnya. Zat dalam larutan tidak dapat dipisahkan melalui penyaringan. Contoh larutan gula, kita tidak bisa membedakan mana gula mana air dalam larutan gula. Beberapa contoh larutan adalah larutan garam, larutan asam basa dan lain-lain. b. Koloid Koloid adalah campuran yang terdiri dari partikel terdispersi dan pertikel pendispersi. Ukuran partikel koloid terletak antara 1 nm – 100 nm atau dengan kata lain ukuran partikel koloid keadaannya antara suspensi dan larutan. Contoh koloid adalah air susu, santan, air sabun, dan cat. Koloid tampak keruh tetapi stabil (tidak memisah/mengendap). c.
Suspensi Suspensi adalah campuran kasar dan bersifat heterogen. Ukuran partikel
suspensi lebih dari 100 nm dapat dipisahkan melalui penyaringan biasa, melainkan dengan menggunakan penyaring ultra.
E. Viskositas Kekentalan (viskositas) diartikan sebagai tahanan internal terhadap aliran, dan beberapa ahli dapat juga mendefiniskan sebagai gesekan dari fluida. Kekentalan
25
adalah nilai yang diukur dari tahanan fluida yang berubah bentuk karena tegangan geser (shear stress) maupun tegangan tarik (tensile stess). Kehidupan sehari – hari dapat kita jumpai pada fluida seperti air, jelly, madu, susu, dapat pula dikatakan karena tegangan geser air kecil, sehingga mudah jatuh maka viskositas air lebih kecil dibandingkan dengan madu, karena madu mempunyai tegangan geser internal yang lebih besar, sehingga saat diteteskan madu lebih sulit untuk jatuh dibandingkan dengan air. Pengertian yang paling sederhana adalah bahwa semakin kecil nilai viskositas maka semakin mudah suatu fluida untuk bergerak. Fluida ideal adalah fluida yang tidak memiliki tahanan gesekan terhadap tegangan geser, atau biasanya disebut juga dengan inviscid fluid, sedangkan fluida normal selalu mempunyai tahanan gesekan terhadap 10 tegangan geser, yang disebut dengan viskos fluid. Rheology adalah ilmu yang mempelajari aliran suatu benda. Yang didalamnya terdapat juga konsep viskositas, thermofluid dan hubungan lainnya. Hubungan antara tegangan geser, viskositas dan perubahan kecepatan dapat dipahami pada kasus aliran diantara dua plat datar seperti yang ditunjukkan pada (gambar 1). Misalkan jarak antar plat adalah y dan diantara plat tersebut terdapat fluida dengan isi yang homogen. Asumsikan bahwa plat sangat luas dengan luas (A) yang besar, pengaruh rusuk dapat dianggap tidak ada. Plat bagian bawah dianggap tetap lalu diberikan gaya sebesar (F) pada plat atas. Bila ternyata gaya ini menyebabkan material diantara dua plat bergerak dengan perubahan kecepatan (v), gaya yang diberikan proposional dengan luas dan perubahan kecepatan.
26
Sehingga rumus yang dapat digunakan sebagai berikut :
μ
ν = ρ ....................................................................[4] Dimana : ν
: viskositas
μ
: viskositas dinamik (Pa s)
ρ
: massa jenis
F. Massa Jenis Massa jenis adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. Sebuah benda yang memiliki massa jenis lebih tinggi (misalnya besi) akan memiliki volume yang lebih rendah daripada benda bermassa sama yang memiliki massa jenis lebih rendah (misalnya air). Satuan SI massa jenis adalah kilogram per meter kubik
(kg·m-3).
Massa
jenis
berfungsi
untuk
menentukan zat. Setiap zat memiliki massa jenis yang berbeda. Satu zat berapapun massanya berapapun volumenya akan memiliki massa jenis yang sama.
27
Rumus untuk menentukan massa jenis adalah
.................................................................[5] Dimana : ρ
: massa jenis
m
: massa
V
: volume.
Beberapa satuan massa jenis yang banyak digunakan antara lain sebagai berikut : a.
kilogram per meter kubik (kg/m3)
b.
kilogram per liter (kg/L)
c.
gram per milliliter (g/mL)
d.
milligram per deciliter (mg/dL)
e.
metric ton per meter kubik (t/m3)
f.
gram per cubic centimeter (g/cc)
G. Energi Potensial Energi potensial adalah energi yang dimiliki suatu benda karena memiliki ketinggian tertentu dari tanah. Energi potensial ada karena adanya gravitasi bumi. Ep = m x g x h........................................................[6] Dimana : Ep
: Energi potensial (J)
m
: massa benda (kg)
g
: percepatan gravitasi (m/s2)
h
: tinggi benda dari permukaan tanah (meter)
28
1.
Persamaan bernouli Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang
menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Prinsip ini diambil dari nama ilmuwan Belanda/Swiss yang bernama Daniel Bernoulli. Hukum Bernoulli dalam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli; yang pertama berlaku untuk aliran taktermampatkan (incompressible flow), dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan (compressible flow).
H. Rolldos Mekanik RD Rolldos mekanik RD merupakan suatu alat untuk pengutipan minyak yang masih terkandung dalam sludge sebelum diproses di kolam limbah. Energi yang digunakan untuk mengoperasikan alat ini dengan energi potensial dimana sludge yang berasal dari bak fat pit dipompakan lalu ditampung pada bak umpan sebelum menuju rolldos mekanik RD. Selanjutnya dialirkan ke rolldos mekanik RD dengan drum umpan untuk memutarkan kincir penggerak sehingga drum rolldos akan berputar juga serta mengutip kandungan minyak pada sludge. Roll drum yang terbuat dari bahan besi memiliki luas penampang yang tidak terlalu licin
29
sehingga kandungan minyak pada sludge dapat terkutip, namun faktor dari keberhasilan pengutipan Roll drum adalah kecepatan putaran kincir penggerak. Design yang telah diatur utuk transmisi putaran dengan rantai yang memiliki dua buah gear. Gear besar dengan diameter 20 cm dan gear kecil 5 cm sehingga putaran memiliki perbandingan 1:3 dimana kincir berputar tiga kali sedangkan Roll drum berputar satu kali, ini diasusmsikan agar kecepatan pada Roll drum jangan terlalu cepat dan terlalu lambat agar minyak efektif terkutip.
30
