Rachmat Boedisantoso. Cyclone

Transkripsi

1 Rachmat Boedisantoso Cyclone

2

3 Cyclone separator adalah alat yang menggunakan prinsip gaya sentrifugal dan tekanan rendah karena adanya perputaran untuk memisahkan materi berdasarkan perbedaan massa jenis dan ukuran.

4 Cyclone merupakan peralatan mekanis yang sederhana Cyclone mempunyai bentuk yang khas, mudah dikenal Dapat ditemukan pada beberapa industri, dalam aplikasi di industri, cycloe dapat dipergunakan sebagai berikut : Menyisihkan pertikel relatif besar (> 20 m) Sering dipergunakan sebagai precleaner untuk alat pengendali yang lebih baik, seperti bag haouse dan electrostatic precipitator. Lebih efisien untuk menyisihkan partikulat dari pada settling chamber Penyisihan lebih dari 80%, tergantung dari diameter partikel yang akan disisihkan, volume gas dan ukuran unit

5 Mekanisme kerja utama cyclone Gaya sentrifugal, aliran yang masuk akan bergerak berputar secara spiral, karena adanya gaya momentum dan inersia menyebabkan partikulat terlepas dari aliran gas dan mengenai dinding cyclone yang menyebabkan partikulat jatuh ke hopper. Gaya gravitasi, partikulat yang telah menumbuk dinding cyclone, karena berat sendiri partikulat secara gravitasi akan jatuh ke dalam hopper.

6 Gas atau aliran fluida diinjeksikan melalui pipa input. Bentuk kerucut cyclone menginduksikan aliran gas atau fluida untuk berputar, menciptakan vortex. Partikel dengan ukuran atau kerapatan yang lebih besar didorong ke arah luar vortex. Gaya gravitasi menyebabkan partikelpartikel tersebut jatuh ke sisi kerucut menuju tempat pengeluaran. Partikel dengan ukuran atau kerapatan yang lebih kecil keluar melalui bagian atas dari cyclone melalui pusat yang bertekanan rendah.

7 Gerakan spiral dari aliran gas bergerak sepanjang dinding cyclone, berputar beberapa kali secara spiral kearah bawah hingga mencapai dasar cyclone. Kemudian gerakan akan berputar kea rah berlawanan dan menuju kepusat tabung dan bergerak ke atas keluar melalui vortex.

8

9 CYCLONE Cyclone membuat suatu gaya sentrifugal yang berfungsi untuk memisahkan partikulat dari udara kotor. Gaya sentrifugal timbul saat partikulat di dalam udara masuk ke puncak kolektor silindris pada suatu sudut dan diputar dengan cepat mengarah ke bawah seperti pusaran air. Aliran udara mengalir secara melingkar dan partikulat yang lebih berat mengarah ke bawah setelah menabrak ke arah dinding cyclone dan meluncur ke bawah.

10

11 Keuntungan dan Kerugian Cyclone Keuntungan Cyclone : Capital cost rendah Kemampuan untuk beroperasi pada suhu tinggi Pemeliharaannya sangat mudah Kerugian Cyclone Efisiensi rendah khususnya untuk partikel berukuran kecil Biaya operasi tinggi, karena kehilangan tekanan

12 Cyclone banyak diterapkan pada beberapa industri, dimana penerapannya : Pada umumnya dipergunakan untuk mengumpulkan partikel > 20 mikron, Multicyclone dapat mengumpulkan partikel berukuran 5 20 mikron Kadang-kadang dipergunakan sebagai pre-cleaner untuk baghouse, ESP atau scrubber Dapat dipergunakan pada berbagai industri Ukuran tergantung dari penggunaan dan disainnya cfm ( m3/menit) sampai 6 unit dalam satu rangkaian cfm ( m3/menit) untuk multicyclone

13

14 HYDROCYCLONE Hydrocyclone adalah suatu alat yang berfungsi untuk memisahkan padatan atau gas dari cairan berdasarkan perbedaan gravitasi setiap komponen.

15

16 CARA KERJA Hydrocyclone bekerja dengan cara memutar zat yang dimasukan di dalam ruang dalam yang berkontur. Material yang lebih berat dialirkan ke bawah melalui jalur spiral di sepanjang dinding ruangan, sementara material yang lebih ringan diarahkan ke ruang penampungan di bagian atas.

17

18 KEUNGGULAN HYDROCYCLONE Biaya yang dikeluarkan relatif lebih murah Tidak memerlukan sumber energi yang terpisah Biaya perawatan yang murah Mudah diterapkan dalam berbagai dunia industri Pemasangan yang cepat Kemungkinan kesalahan dalam pemasangan relatif kecil.

19

20 HYDROCYCLONE DALAM INDUSTRI

21 MULTICYCLONE Ketika harus menangani volume gas dalam jumlah besar dan efisiensi tinggi maka digunakan beberapa cyclone dengan diameter kecil yang biasanya dipasang bersama membentuk multicyclone.

22

23 Multicyclone

24

25 Multicyclone Advantages: Lebih efisien daripada single-cyclone separator (90-95%).

26 Multicyclone Disadvantages: 1.Cenderung terjadi penyumbatan karena diameter yang kecil. 2.Memakai tempat yang lebih besar dibanding single-cyclone.

27 Grafik perbandingan tipe cyclone terhadap efisiensi vs ukuran partikel

28 Grafik perbandingan tipe multiple cyclone terhadap efisiensi vs ukuran partikel

29 Bentuk-bentuk Cyclone Dua bentuk utama dari cyclone adalah axial dan tangensial cyclone. Pada dasarnya, keduanya beroperasi dengan prinsip kerja yang sama. Namun, pada axial flow cyclones materi masuk melalui bagian atas cyclone dan dipaksa untuk bergerak membentuk sudut pada bagian atas. Pada tangential cyclones, materi masuk dari celah pada sisi yang berada pada posisi menyudut dengan badan cyclone. Axial flow cyclones lebih banyak digunakan.

30

31 Bagian-bagian Cyclone (i). Inlet Cyclone Inlet berfungsi sebagai : Mentransformasikan dari aliran lurus ke aliran sirkular Ditambahkan deflektor untuk memperkecil dan mendorong aliran gas bergerak berlawanan dengan dinding

32 (ii). Body Cyclone Body cyclone merupakan dimensi bagian utama cyclone, dimana : Efisiensi penyisihan tergantung dari dimensi body (lihat gambar 7.4. dan table 7.2. dimensi standar cyclone) Cyclone yang lebih panjang jika dihubungkan dengan diameternya akan menyebabkan vortex yang lebih besar dan mengakibatkan partikulat yang terkumpul semakin banyak.

33 Dimensi Standard Cyclone

34

35 (iii). Sistem Pembuangan Debu. Partikulat yang terkumpul harus dibuang melalui system pembuangan debu Partikulat yang terkumpul harus dibuang, agar tidak menghambat kinerja cyclone Manual slide gate untuk pembuangan secara periodik (lihat gambar) Rotary valve untuk pembuangan secara kontinu

36 Slide Gate

37 (iv). Outlet Cyclone Modifikasi outlet cyclone telah dikembangkan yang bertujuan untuk meningkatkan karakteristik operasi cyclone

38 KEY PARAMETER Ada 3 parameter terpenting dari sebuah cyclone dalam pemisahan berbagai jenis materi yakni: Cut diameter (d pc ) Pressure drop (ΔP) Overall collection efficiency

39 Untuk menghitung efisiensi cyclone perlu diketahui Critical size dan cut size particles. Critical size dan cut size particles.dapat didefinisikan sebagai : Critical size (dp), ukuran partikel terkecil yang dapat disisihkan dengan efisiensi 100% Cut size (dc), ukuran partikel terkecil yang dapat disisihkan dengan efisiensi 50%, dimana cut size diameter tergantung dari sifat gas dan partikel, ukuran cyclone dan kondisi operasi

40 Cut size dapat dicari dengan menggunakan rumus : d c 9Bc 2N t i p 1 2 dengan d c = cut size B c = lebar inlet N t = jumlah putaran aliran gas (biasanya 5-10) I = kecepatan masuk p = densitas partikel = densitas gas

41 Cut Diameter d pc = [9µB c / 2 N i (ρ p -ρ)] 0.5 Dimana: µ = viscositas (lb/ft.s.pa.s, kg/m.s) N = effective number of turns (5-10 untuk cyclone pada umumnya) I = inlet gas velocity, ft/s (m/s) ρ p = particle density, lb/ft 3 (kg/m 3 ) ρ = gas density, lb/ft 3 (kg/m 3 ) B c = inlet width, ft (m)

42 Efisiensi pengumpulan cyclone dapat dipergunakan persamaan : dengan, 1 j d 1 d j = efisiensi untuk partikel berukuran j d pj = diameter partikel j pc pj 2

43 Hubungan antara Partikel Size dan Efisiensi

44 Pressure Drop adalah perbedaan tekanan dalam system cyclone, pressure drop : Dinyatakan dalam p Umumnya untuk cyclone antara 1 7 in ( 2,54 17,78 cm) Untuk menghitung pressure drop dapat dipergunakan persamaan ,0027 c c c c c c e D Z D L kd B H Q p

45 p kd B H 2 e c 0,0027Q c L D c c Z D c c 1 3 dimana, p = pressure drop Q = debit inlet De = diameter gas outlet Bc = lebar inlet Hc = tinggi inlet Lc = tinggi silinder Dc = dimeter cyclone Zc = tinggi cone k = faktor diskripsi tidak berdimensi untuk vanes dari cyclone = tanpa vanes = 0,5 = untuk vanes yang tidak mengexpand gas yang masuk dan tidak menyentuh dinding outlet = 1,0 = untuk vanes yang mengexpand gas yang masuk dan menyentuh dinding outlet = 1,0

46 Pressure Drop ΔP = q 2 / [k c D c2 B c H c (L c /D c ) 1/3 (Z c /D c ) 1/3 ] Dimana: q = volumetric flow rate k c = a dimensionless factor descriptive of cyclone inlet vanes

47 OVERALL COLLECTION EFFICIENCY E i = 1- e [-2(c)^1/(2n+2)] Dimana: c = cyclone dimension factor = impaction parameter n = vortex exponent

48 Efisiensi Cyclone Efisiensi Cyclone tergantung pada: 1. Ukuran partikel Semakin besar ukuran partikel, maka efisiensi cyclone akan semakin meningkat karena berdasarkan Hukum Stokes, diameter partikel berbanding lurus dengan terminal settling velocity. 2. Diamater dari cyclone Berdasarkan gaya sentrifugal, diameter cyclone berbanding terbalik dengan gayanya, sehingga semakin kecil diameter cyclone maka semakin besar efisiensinya. 3. Viskositas dari gas Berdasarkan Hukum Stokes, semakin besar viskositas maka efisiensi cyclone semakin kecil.

49 Efisiensi Cyclone Con t 4. Temperatur gas buang Temperatur gas buang akan mempengaruhi sifat dari fluida. 5. Densitas partikel Semakin besar densitas partikel maka akan semakin besar efisiensi cyclone. 6. Dust loading Semakin banyak dust loading maka akan semakin baik efisiensi karena memungkinkan terjadinya tumbukan antar partikel semakin besar. 7. Inlet velocity Semakin besar inlet velocity maka akan semakin besar efisiensi cyclone.

50 Stoke s Law V tr D 2 p g( ) p 18 2 Vtan gr Dimana : V tr D p g ρ p ρ μ V tan r = Terminal radial velocity = Diameter partikel = konstanta gravitasi = densitas partikel = densitas fluida = viskositas fluida = kecepatan tangensial = jari-jari cyclone

51 Faktor-faktor yang dapat mengurangi performa dari suatu cyclone antara lain: 1. Kerusakan mekanik dari cyclone 2. Penyumbatan unit disebabkan endapan debu 3. Penggunaan yang berlebihan, biasanya disebabkan oleh abrasi.

52 APLIKASI Industri agrikultural: - memisahkan partikel debu emisi dari pengolahan kapas, pembersihan tepung, traktor, pencampuran tepung, dan mesin-mesin agrikultural lainnya. Selain itu juga digunakan dalam pemisahan endapan lumpur dari air sumur, dan pemisahan lumpur pada minyak tanah serta dalam pengumpulan karbon Industri makanan: - memisahkan gumpalan partikel - memisahkan protein dan zat tepung - memisahkan butiran pasir dari gula dalam jus kaleng - pemurnian air yang digunakan untuk membersihkan kentang dalam industri keripik kentang.

53 Aplikasi Industri 1. Industri Marmer. Ex: CV. Kurnia Marmer, Padalarang 2. Industri Semen. Ex: PT Petrokimia Gresik dan PT Indocement Tunggal Prakarsa 3. Industri agrikultural: memisahkan partikel debu emisi dari pengolahan kapas 4. dll

54

55