Hasil Penelitian dan Pembahasan

Transkripsi

1 b. Menghitung pengaruh gaya-gaya yang bekerja pada pemisahan materi berat-ringan dalam reaktor jig, yaitu gaya gravitasi (gaya berat), gaya buoyant, dan gaya drag terhadap waktu pemisahan materi. c. Perhitungan energi yang digunakan oleh materi pada saat proses jig d. Analisa data hasil perhitungan dengan metode regresi multilinear untuk melihat parameter-parameter yang paling berpengaruh dalam waktu proses pemisahan dengan jig. III.6 Parameter Operasional Optimum Parameter operasi optimum ditentukan dengan melihat waktu terbaik yang dibutuhkan dalam proses jig sehingga mencapai pemisahan terbesar dengan mempertimbangkan pengaruh variabel yang divariasikan, yaitu pengaruh variasi ukuran, densitas, amplitudo, frekuensi, dan pengaruh gaya yang bekerja pada pemisahan partikel berat dan ringan dalam proses pemisahan dengan jig. Bab IV Hasil Penelitian dan Pembahasan IV.1 Hasil Percobaan Pendahuluan B-32

2 Percobaan pendahuluan dilakukan untuk mengetahui pengaruh proses jig terhadap pemisahan berbagai jenis plastik dalam air. Sampel plastik dalam fluida air sebelum proses jig terbagi menjadi materi tenggelam dan mengapung. Selanjutnya untuk setiap materi terapung dan tenggelam akan dicoba dalam reaktor jig untuk melihat kemampuan pemisahan antara campuran plastik. Sampel plastik yang diuji adalah HDPE, LDPE, PE, PP, PET, PS, dan ABS. Sampel-sampel tersebut diatas akan diuji dalam fluida sebelum dan setelah proses jig. Hasil percobaan terhadap sampel disajikan dalam Tabel IV.1. Tabel IV.1 Hasil Percobaan Pendahuluan Kondisi dalam Air Jenis Sampel/ Sebelum Proses Setelah Campuran Jig Proses Jig HDPE dan PP Mengapung Mengapung Tidak terpisah Gambar LDPE dan HDPE Mengapung Mengapung Tidak terpisah mengapung mengapung HDPE dan PE Mengapung Mengapung Tidak terpisah mengapung PET Tenggelam terbagi menjadi 2 lapisan : materi berat dan materi ringan B-33

3 Kondisi dalam Air Jenis Sampel/ Sebelum Proses Setelah Campuran Jig Proses Jig ABS Tenggelam terbagi menjadi 2 lapisan : materi berat dan materi ringan Gambar PS Tenggelam terbagi menjadi 2 lapisan : materi berat dan materi ringan Berdasarkan Tabel IV.1 sampel yang akan digunakan untuk penelitian dengan jig separation adalah PET, PS, dan ABS, karena dasar prinsip proses jig adalah mampu memisahkan materi berdasarkan perbedaan densitas sehingga akan diperoleh produk terpisah dalam 2 lapisan, yaitu lapisan materi ringan dan materi berat. Selanjutnya dari setiap lapisan diukur densitasnya untuk melihat pengaruh pemisahan materi campuran. IV.2 Hasil Analisa Saringan Menurut Rcheel, 2004 yang mengutip dari penelitian Middleton dan Murray,1980 mengenai sieving distribusi ukuran kerikil, dinyatakan bahwa uji saringan merupakan metoda yang digunakan untuk mengukur secara langsung ukuran sejumlah besar sampel dan biasanya dibatasi pada partikel dengan rentang mm sampai 64 mm. Partikel dalam saringan akan melewati lubang-lubang saringan akibat ayakan dan getaran, sehingga berat partikel yang terakumulasi dalam setiap media penyaring akan membebani penyaring tersebut. Berdasarkan tes ini diperoleh informasi bahwa berat tertahan bukan merupakan ukuran mutlak untuk setiap partikel tetapi menunjukkan frekuensi partikel (terhadap berat). Gradasi plastik cacahan sesuai Gambar IV.1 dan Tabel pada Lampiran A tidak memenuhi syarat dalam penerimaan sebagai agregat halus yang sesuai dengan nilai ASTM (American Standard Test and Measurement) C33-90 karena ukuran material plastik cacahan lebih besar dan kasar. B-34

4 Persentase lolos kumulatif ukuran saringan (mm) PET PS ABS Gambar IV.1. Distribusi Ukuran Sampel Plastik Analisa saringan dalam penelitian ini dilakukan untuk melihat distribusi ukuran materi sampel, sehingga akan diperoleh kelompok sampel berdasarkan ukuran. Hal ini akan memudahkan melihat pengaruh parameter lain dalam proses jig selain ukuran. Setelah analisa saringan, terdapat 4 kelompok ukuran materi untuk PET dan 1 kelompok ukuran untuk PS dan ABS. Gambar IV.1 menampilkan distribusi ukuran plastik cacahan yang digunakan dalam penelitian, dimana semakin kecil ukuran saringan maka persentase lolos materi semakin kecil, artinya semakin besar berat materi tertahan. Dalam analisa saringan ini materi PET ukuran kecil lebih berat dari pada ukuran tertahan di atasnya. Selanjutnya digunakan sampel yang tertahan di ukuran > 2 mm, > 6.5 mm, > 9.5 mm dan > 12.7 mm. Materi plastik paling banyak lolos pada saringan ukuran > 4.75, sehingga untuk ukuran ini tidak digunakan dalam penelitian. Sampel dari jenis PS dan ABS memiliki ukuran > 6,5 mm dan PET memiliki kisaran ukuran > 2 mm > 12.7 mm. Data hasil analisa saringan dapat dilihat pada Lampiran A. Batasan ukuran untuk setiap kelompok ukuran disajikan dalam Tabel IV.2. Tabel IV.2. Batas Ukuran Kelompok Plastik Jenis Materi Plastik Ukuran Bukaan (mm) Batas Ukuran Ayakan (mm) Batas atas Batas bawah B-35

5 Batas Ukuran Ayakan Jenis Materi Ukuran Bukaan (mm) Plastik (mm) Batas atas Batas bawah PET (kuning) > 12,7 <19,0 >12,7 PET (merah) > 9,5 <12,7 >9,5 PET (biru) PS > 6,5 <9,5 >6,5 ABS PET (hijau) > 2 <4,75 >2,0 Berdasarkan Tabel IV.2 diketahui kisaran ukuran setiap kelompok sampel dengan melihat batas bawah dan batas atas ukuran saringan yang menahan sampel terakumulasi. Batas atas menunjukkan batas kisaran ukuran atau diameter paling besar untuk materi tertahan pada ukuran bukaan tertentu, sedangkan batas bawah menunjukkan kisaran diameter materi paling kecil yang tertahan pada ukuran bukaan tertentu. IV.3 Hasil Pengukuran Densitas Sampel IV.3.1 Densitas Sampel Pengukuran densitas untuk setiap jenis plastik (PET, ABS, dan PS) pada lapisan atas dan lapisan bawah dilakukan setelah setiap jenis melewati proses jig sebagai awal percobaan. Pada proses jig tahap awal, materi di uji dengan jig berdasarkan kelompok ukuran. Hal ini dilakukan untuk mengetahui kemampuan reaktor jig dalam memisahkan plastik dengan ukuran yang sama. Hasil proses menunjukkan dalam setiap jenis dan kelompok ukuran materi memiliki densitas yang berbeda sehingga dikelompokkan dalam 2 bagian yang selanjutnya disebut sebagai materi berat dan materi ringan. Setelah akhir proses materi berat akan tertinggal di dasar reaktor, sedangkan materi ringan terangkat hingga ke permukaan fluida dalam reaktor. Tabel IV.3 Densitas dan Spesifik Gravity Sampel Jenis Densitas (gr/cm 3 ) materi materi berat ringan Spesific Gravity materi materi berat ringan B-36

6 PET > 12,7 mm 2,652 1,919 2,652 1,919 PET > 9,5 mm 2,652 1,913 2,652 1,913 PET > 6,5 mm 2,652 1,919 2,652 1,919 PET > 2 mm 2,652 1,919 2,652 1,919 PS > 6,5 mm 1,689 1,525 1,689 1,525 ABS > 6,5 mm 1,800 1,621 1,800 1,621 *)Keterangan : Specific Gravity = plastik air Data Tabel IV.3 diatas diperoleh dengan pengukuran berat plastik (PS, ABS dan PET) terhadap perubahan volume air dalam gelas ukur. Spesifik Gravity merupakan perbandingan densitas sampel terhadap densitas air, dimana densitas air adalah 1 gr/cm 3, sehingga specific gravity untuk setiap jenis sampel memiliki nilai yang sama dengan densitas sampel basah. Tabel IV.3 menunjukkan densitas setiap jenis plastik dan spesifik gravity. Perbedaan densitas untuk setiap ukuran dihubungkan terhadap waktu per berat materi, ditampilkan dalam Gambar IV menit/gram PET > 2 mm (ringan) PET > 2 mm (berat) PET > 6,5 mm (ringan) PET > 6,5 mm (berat) PET > 9,5 mm (ringan) PET > 9,5 mm (berat) PET > 12,7 mm (ringan) PET > 12,7 mm (berat) PS > 6,5 mm (ringan) PS > 6,5 mm (berat) ABS > 6,5 mm (ringan) ABS > 6,5 mm (berat) Be rat Je nis (gr/cm3) Gambar IV.2 Pengaruh Densitas terhadap Waktu Proses Gambar IV.2 menunjukkan bahwa untuk jenis plastik PET dengan ukuran berbeda memiliki densitas yang sama, tetapi dalam setiap kelompok ukuran dapat diklasifikasikan berdasarkan B-37

7 produk yang terbentuk setelah proses jig, yaitu materi berat (mengendap) dan materi ringan (mengapung). Pengukuran nilai densitas pada plastik sangat penting, karena densitas dapat menunjukkan struktur plastik secara umum. Aplikasi dari hal tersebut yaitu dapat dilihat kemampuan plastik dalam melindungi produk dari beberapa zat seperti air, O 2 dan CO 2. Nurminah, 2002 dari Birley, et al, 1988, mengemukakan bahwa plastik dengan densitas yang rendah menandakan bahwa plastik tersebut memiliki struktur yang terbuka, artinya mudah atau dapat ditembusi fluida seperti air, oksigen atau CO 2. IV.3.2 Persentase Pori Persentase pori menunjukkan besarnya ruang antara materi dan fluida dalam reaktor. Dalam perhitungan persentase pori digunakan rasio antara densitas plastik kering dan densitas plastik basah. Angka persen pori ditampilkan dalam Tabel IV.4, dengan dasar perhitungan yang ditampilkan dalam Lampiran A. Tabel IV.4 Persentase Pori antara Sampel dan Fluida dalam Reaktor Jenis d % pori (mm) Materi berat Materi ringan PET > 12,7 mm PET > 9,5 mm PET > 6,5 mm PET > 2 mm PS > 6,5 mm ABS > 6,5 mm Tabel IV.4 menunjukkan bahwa angka persen pori pada materi berat lebih besar dari pada materi ringan, karena materi ringan dalam fluida lebih rapat dari pada materi berat. Perbedaan persen pori juga menunjukkan rasio densitas kering dan densitas basah untuk materi berat yang lebih kecil dari pada materi ringan. IV.4 Reynold Number (NRe) Reynold Number merupakan bilangan tak berdimensi yang akan menentukan jenis aliran dalam reaktor jig, merupakan aliran laminar atau turbulen. Aliran laminar akan terjadi jika B-38

8 kecepatan dalam reaktor sangat kecil, sedangkan aliran turbulen terjadi jika kecepatan terminal partikel tinggi. Selanjutnya Reynold Number untuk setiap partikel berat dan ringan akan menentukan perhitungan gaya drag. Gambar IV.3 berikut ini menunjukkan besaran Reynold Number yang mempengaruhi waktu pemisahan t (menit) NRe Gambar IV.3 Pengaruh Reynold Number (NRe) terhadap Waktu Proses Pemisahan Campuran Berdasarkan Gambar IV.3, menerangkan bahwa kenaikan Reynold Number akan membuat waktu pemisahan meningkat. Perbedaan rentang waktu terlihat dalam gambar menunjukkan pengaruh variabel lain yaitu concentration criterion dari setiap campuran sampel Besar Reynold Number dalam penelitian ini menunjukkan bahwa aliran dalam reaktor adalah laminer, dengan NRe < Beberapa penelitian terdahulu tentang gravity separation untuk mineral dilakukan perhitungan Reynold Number untuk melihat sifat fluida dalam reaktor (Yang, 1999, Mpandelis, 2006). Dinyatakan juga bahwa pada umumnya proses jigging bisa dilakukan pada kondisi aliran laminer dan turbulen. Selanjutnya dalam analisa gaya yang bekerja pada proses pemisahan, Reynold Number menentukan nilai koefisien drag dalam perhitungan gaya drag, akan dibahas selanjutnya (Mpandelis, 2006). IV.5 Variasi Amplitudo dan Frekuensi B-39

9 Pada frekuensi tinggi (85 siklus/menit) dan Amplitudo tinggi (6 cm), diperoleh waktu pemisahan yang semakin cepat. Hubungan waktu pemisahan terhadap amplitudo dan frekuensi maksimum disajikan secara berturut-turut pada gambar IV.4 dan gambar IV t (menit) PET hijau (> 2 mm) PET biru (> 6,5 mm) PET merah (> 9,5 mm) PET kuning (>12,7 mm) PS ( > 6,5 mm) ABS ( > 6,5 mm) Frekuensi (siklus/menit) Gambar IV.4 Hubungan Waktu Pemisahan terhadap Variasi Frekuensi t (menit) PET Hijau (> 2 mm) PET Biru (> 6,5 mm) PET Merah (> 9,5 mm) PET Kuning (>12,7 mm) PS ( > 6,5 mm) ABS ( > 6,5 mm) % Amplitudo terhadap tinggi media Gambar IV.5. Hubungan Waktu Pemisahan terhadap Variasi Amplitudo Gambar IV.4 menunjukkan bahwa semakin besar frekuensi maka waktu pemisahan akan semakin cepat untuk setiap jenis materi, sedangkan gambar IV.5 menunjukkan bahwa semakin besar amplitudo proses maka semakin cepat proses pemisahan untuk setiap jenis materi. B-40

10 Frekuensi osilasi menggambarkan gaya gerak yang mempengaruhi pemisahan, tanpa frekuensi osilasi maka tidak akan terjadi pemisahan. Dalam penelitian ini, setiap sampel plastik dapat terpisah pada semua frekuensi, yang membedakan adalah waktu pemisahan pada setiap frekuensi. Pada gambar IV.5, amplitudo diartikan sebagai tinggi pantulan materi dalam fluida saat reaktor jig beroperasi. Dalam penelitian ini amplitudo dihasilkan dari pompa piston, dimana pompa piston memiliki fungsi untuk memberikan daya hisap udara dalam fluida yang membuat fluida dalam reaktor turun naik, sebanding dengan tinggi amplitudo materi. Amplitudo terkecil (1 cm) materi masih dapat terpisah karena reaktor beroperasi dengan frekuensi tertentu. Penentuan tinggi dan rendahnya amplitudo akan dipengaruhi oleh pergerakan media dan jarak ruang antara media. Media rapat dan berat membutuhkan amplitudo yang lebih besar. Amplitudo akan berpengaruh besar terhadap kecepatan pemisahan dengan variasi tinggi media dan ukuran materi. Berdasarkan hal tersebut amplitudo dan frekuensi yang digunakan untuk variasi campuran berikutnya adalah amplitudo 6 cm dan frekuensi 85 siklus/menit. IV.6 Proses Jig dengan Perbedaan Ukuran dan Densitas Proses jig pada variasi pertama dilakukan untuk ukuran sama dan densitas berbeda, dengan rasio tinggi campuran yang berbeda, seperti disajikan pada gambar IV.6. Proses ini berjalan pada amplitudo 6 cm dan frekuensi 85 siklus per menit. B-41

11 waktu/berat PET Hijau (> 2 mm) PET Biru (> 6,5 mm) PET Merah (> 9,5 mm) PET Kuning (> 12,7 mm) rasio tinggi media Gambar IV.6. Pengaruh Rasio Tinggi Sampel (Beda Ukuran) terhadap Waktu Pemisahan Gambar IV.6 menerangkan bahwa waktu pemisahan dipengaruhi oleh berat sampel dan ukuran sampel. Angka rasio tinggi media menunjukkan rasio tinggi materi ringan dan materi berat untuk setiap kelompok ukuran, dimana tinggi total media untuk setiap rasio tinggi adalah sama. Semakin banyak jumlah sampel ringan terhadap sample berat, ditunjukkan dengan rasio tinggi media yang semakin kecil, maka waktu pemisahan akan semakin cepat. Namun pada rasio tinggi yang sama antara materi berat dan materi ringan, pemisahan terjadi lebih cepat. PET merah dengan ukuran > 12.7 mm yang merupakan ukuran terbesar mengalami pemisahan dengan waktu pemisahan paling lama dengan rasio densitas paling besar yaitu 1,387. Sedangkan PET ukuran lainnya memiliki rasio densitas yang sama sebesar 1,382. Data perhitungan rasio densitas disajikan dalam Lampiran B. IV.7 Pemisahan dengan Kesamaan Ukuran-Densitas Berbeda IV.7.1 Pemisahan PET Campuran Ukuran Pemisahan PET dalam 1 reaktor terdiri dari 4 (empat) campuran ukuran dilakukan untuk melihat waktu pemisahan yang optimum sampai terbentuk stratifikasi 2 lapisan, yaitu lapisan bawah yang menunjukkan akumulasi materi berat dan lapisan atas yang menunjukkan materi B-42

12 ringan. Waktu untuk pemisahan PET berdasarkan ukuran berbeda-beda dalam amplitudo 6 cm dan frekuensi 85 siklus/menit, ditampilkan dalam Gambar IV Waktu / berat (menit / gram) tinggi media (h),cm PET > 12.7 mm PET > 9.5 mm PET > 6.5 mm PET > 2 mm Gambar IV.7. Pengaruh Tinggi Sampel terhadap Waktu Pemisahan PET Berdasarkan Gambar IV.7, waktu pemisahan paling cepat ditunjukkan oleh rasio waktu/berat yang paling kecil dengan ukuran PET > 9.5 mm dan PET > 12.7 mm. Semakin kecil ukuran PET untuk densitas yang sama, dan semakin tinggi sampel (media) dalam reaktor, proses pemisahan semakin lama yang ditunjukkan oleh rasio waktu / berat yang menurun. IV.7.2 Pemisahan Tiga Campuran Pemisahan dengan kesamaan ukuran dilakukan terhadap 1 campuran materi, 2 campuran materi dan 3 campuran materi. Variasi untuk setiap campuran dilakukan terhadap tinggi media berbeda dengan rasio yang sama (1 : 1), seperti pada gambar IV.7 berikut ini. B-43

13 (t / gram) waktu /berat tinggi sampel (h), cm PET PS-ABS PS-ABS-PET Gambar IV.8 Pengaruh Tinggi Media terhadap Waktu Pemisahan Materi Campuran Menurut Gambar IV.8, semakin tinggi media campuran maka rasio waktu terhadap berat campuran akan semakin besar. Pada campuran media terkecil, waktu pemisahan semakin singkat. Pertambahan berat campuran tidak mempengaruhi waktu pemisahan secara signifikan sehingga semakin besar jumlah materi campuran maka rasio waktu berat akan semakin kecil. Proses terjadi pada amplitudo 6 cm dan frekuensi 85 siklus per menit, berdasarkan pengujian amplitudo sebelumnya kondisi proses merupakan kondisi optimum dengan waktu pemisahan paling cepat. Gambar di atas juga menerangkan bahwa kecepatan waktu pemisahan selain dipengaruhi oleh amplitudo, ditentukan juga oleh tinggi media materi dan densitas campuran materi. Pada tiga campuran pemisahan terjadi lebih cepat, dengan perbedaan densitas yang lebih bervariasi, sedangkan pada 2 campuran kecepatan waktu meningkat, begitupula dengan media 1 campuran yang menunjukkan perbedaan densitas relatif dekat. IV.8 Pengaruh Beban Fluida terhadap Proses Jig Beban fluida di atas sampel menunjukkan kemampuan operasional jig untuk memisahkan sampel hingga ketinggian air maksimum dalam reaktor (Gambar IV.9). B-44

14 t (menit) tinggi air (cm) (t / gram) waktu / berat Frekuensi = 85 siklus/menit Amplitudo= 6 cm Berat materi = gr Tinggi media = 6 cm Gambar IV. 9 Beban Fluida di atas Sampel Gambar IV.9 menunjukkan bahwa tinggi air di atas materi mempengaruhi kecepatan waktu pemisahan materi ringan dan materi berat, semakin besar beban fluida di atas media maka waktu untuk pemisahan akan semakin lama. Meskipun tinggi media tetap (6 cm), penambahan beban fluida akan menghambat proses pemisahan. Pada gambar IV.9 disajikan besar gaya yang dialami oleh fluida. Beban Fluida di atas sampel (F), N tinggi air (cm) Gambar IV. 10 Gaya Berat dalam Fluida Berdasarkan gambar IV.10, besar gaya yang dialami fluida untuk pemisahan materi ringanberat meningkat seiring dengan penambahan berat fluida dan memperpanjang waktu pemisahan. Oleh karena itu, ditentukan tinggi fluida untuk proses selanjutnya berada dalam B-45

15 rentang 10 cm untuk amplitudo 1 dan 2 cm, dan tinggi fluida 15 cm untuk amplitudo 4 cm dan 6 cm. IV. 9 Persentase Pemisahan Campuran Materi Pengamatan pemisahan campuran materi per waktu dilakukan untuk melihat Persentase pemisahan materi ringan dan materi berat per satuan waktu. Pemisahan campuran materi dilakukan pada 2 jenis campuran, yaitu campuran ukuran dengan densitas relatif sama yang ditampilkan dalam Gambar IV.11 dan Gambar IV.12 dan campuran densitas dengan ukuran sama yang ditampilkan dalam Gambar 1V.13 dan 1V.14, dengan berat awal masing-masing kelompok ukuran adalah 15 gram. % Pemisahan Ringan 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% t(detik) PET Kuning (>12,7 mm) PET merah (> 9,5 mm) PET Biru (> 6,5 mm) PET hijau (> 2mm) Gambar IV.11 Persentase Pemisahan Materi Ringan PET Campuran (terhadap berat total) Gambar IV.11 menunjukkan bahwa efisiensi pemisahan materi ringan PET campuran dipengaruhi oleh ukuran. Ukuran besar - tipis banyak ditemui di lapisan atas (materi ringan), sedangkan untuk ukuran kecil, banyak ditemui di lapisan bawah. Pemisahan materi ringan dari campurannya bertambah seiring waktu, sehingga terjadi pengurangan berat terhadap komposisi media awal. Proses ini terjadi dengan amplitudo 6 cm dan frekuensi 85 siklus/menit dan diperoleh kemurnian dari masing-masing ukuran PET, dimana materi ringan terkumpul diperoleh 18.07% PET ukuran > 12.7mm, 17.78% PET ukuran > 9.5 mm, 17.07% PET ukuran > 6.5 mm dan 5.98% PET ukuran > 2mm pada lapisan atas. Sesuai dengan gambar IV.12, persentase kemurnian tersebut sebanding dengan gr PET ukuran > 12.7 mm, gr PET ukuran > 9.5 mm, 10,24 gr PET ukuran > 6.5 mm dan 3.59 gr PET > 2 mm. B-46

16 akumulasi berat komponen ringan (gr) t (detik) PET hijau (> 2 mm) PET biru (> 6,5 mm) PET merah (> 9,5 mm) PET kuning (> 12,7 mm) Gambar IV.12 Akumulasi Materi Ringan Terpisah Gambar IV.12 menerangkan bahwa lebih mudah memisahkan materi ringan dari campuran dibandingkan materi berat. Hal ini akan berhubungan dengan faktor fisik, seperti gaya yang berpengaruh pada pergerakan materi dengan ukuran berbeda. % Pemisahan Berat 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% t(detik) PET Kuning ( > 12,7 mm) PET Merah (> 9,5 mm) PET Biru (> 6,5 mm) PET Hijau (> 2 mm) Gambar 1V.13 Persentase Pemisahan Materi Berat PET Campuran Gambar IV.13 menerangkan bahwa materi kecil-berat (PET > 2 mm) lebih banyak tertinggal di lapisan bawah, hal ini juga dipengaruhi oleh kecepatan terminal dari setiap materi. Materi ukuran > 2 mm memiliki kecepatan terminal yang paling kecil diantara kelompok ukuran lainnya, sehingga lebih banyak tertinggal di lapisan bawah. Akumulasi berat materi berat tertinggal disajikan pada gambar IV.14. B-47

17 Akumulasi Komponen Berat Tertinggal (gr) PET Hijau (> 2 mm) PET Biru (> 6,5 mm) PET Merah (> 9,5 mm) PET Kuning (>12,7 mm) t (detik) Gambar IV.14 Akumulasi Materi Berat Tertingal Sesuai dengan Gambar IV.14, diperoleh akumulasi berat materi tertinggal untuk PET > 12.7 mm, > 9.5 mm, > 6.5 mm dan > 2 mm secara berturut-turut adalah 4.16 gr, 4.33 gr, 4.76 gr, dan gr. PET hijau dengan ukuran paling kecil dengan densitas relatif sama lebih banyak tertinggal / mengendap. Pemisahan PET dapat digunakan untuk memperoleh materi homogen berdasarkan densitas. Selanjutnya dilakukan pemisahan untuk materi 3 campuran yaitu PET ABS dan PS, dengan densitas secara berturut-turut gr/cm 3, gr/cm 3, dan gr/cm 3. Pemisahan dilakukan pada amplitudo dan frekuensi maksimum (6 cm dan 85 siklus/menit) dengan tinggi media total 6 cm dan berat masing- masing jenis plastik adalah 25 gram. Gambar IV.15 dan IV.16 secara berturut - turut menampilkan persentase pemisahan materi ringan dari materi campuran. B-48

18 100% % Pemisahan Ringan 80% 60% 40% 20% PS ABS PET 0% t (detik) Gambar IV.15. Persentase Pemisahan Materi Ringan dari Materi Campuran akumulasi berat komponen ringan (gr) PET ABS PS t (detik) Gambar IV.16 Akumulasi Materi Ringan Terpisah Berdasarkan Gambar IV.15 dan IV.16, materi dengan kesamaan ukuran, dalam pemisahan sangat dipengaruhi oleh densitas. Sesuai dengan urutan densitas terkecil-terbesar adalah PS- ABS-PET, PS banyak ditemukan berada di lapisan atas, selanjutnya ABS, dan PET banyak ditemukan di lapisan bawah. Diperoleh pemisahan dari masing-masing jenis, dimana untuk materi ringan terkumpul di lapisan atas diperoleh % PET, % ABS dan 50.54% PS. Sesuai dengan Gambar IV.15, persentase kemurnian tersebut sebanding dengan 4.39 gr PET, gr ABS dan gr PS. B-49

19 Gambar IV.17 dan IV.18 berikut ini menyajikan persentase dan akumulasi berat materi tertinggal % pemisahan komponen berat 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% waktu (detik) Gambar.IV.17 Persentase Materi Berat Terpisah ABS PS PET 25 akumulasi materi terpisah (gr) t(detik) PET PS ABS Gambar.IV.18 Akumulasi Materi Berat Tertinggal Berdasarkan Gambar IV.17 diketahui bahwa PET dengan densitas terbesar sebanyak 53 % ( gr) ditemui di dasar reaktor. Persentase dan berat materi tertinggal untuk ABS dan PS secara berturut-turut adalah 30.08% ( gr), % (7.02 gr). IV.10 Analisa Tingkat Pemisahan (Separability) berdasarkan Concentration Criterion (CC) dan Initial Percepatan (Ac) B-50

20 Concentration criterion menunjukkan pengaruh densitas materi dalam fluida untuk kelayakan pemisahan materi campuran. Kelayakan pemisahan dengan proses jig ditunjukkan oleh besaran nilai CC, dimana semakin besar perbedaan densitas antara campuran materi yang akan terpisahkan akan memperbesar nilai CC, dan semakin besar nilai CC akan semakin mudah dipisahkan dengan memanfaatkan konsentrasi berat. Pada Gambar IV.19 ditampilkan pengaruh CC terhadap pemisahan campuran materi. Acceleration initial menunjukkan pengaruh densitas terhadap percepatan gerak materi dalam fluida. Pengaruh nilai Ac terhadap waktu pemisahan campuran materi ditampilkan dalam Gambar 1V t (menit) A=6cm A=4cm A=2cm A=1cm Cc Gambar 1V.19 Pengaruh CC pada Pemisahan 2 Campuran Materi Berdasarkan Gambar 1V.19 di atas terlihat bahwa semakin besar nilai CC maka pemisahan semakin cepat, proses pemisahan untuk campuran jenis plastik semakin mudah dilakukan pada amplitudo tertinggi, 6 cm. Data perhitungan untuk nilai CC disajikan dalam lampiran B. Menurut analisa oleh Wills, 1979 Saat kriteria konsentrasi (CC) > 2.5, pemisahan berat akan lebih mudah. Jika nilai CC berkurang maka efisiensi pemisahan juga akan berkurang dan < 1.25 pemisahan berdasarkan perbedaan berat tidak direkomendasikan. B-51

21 9 8 7 t (menit) A=6cm A=4cm A=2cm A=1cm Ac (m/s 2 ) Gambar IV.20. Pengaruh Ac terhadap Pemisahan Materi Campuran Pergerakan materi dengan waktu relatif singkat dan frekuensi cukup, total jarak tempuh materi dipengaruhi oleh perbedaan percepatan inisal, densitas, kemudian oleh kecepatan terminal, dan selanjutnya oleh ukuran. Semakin besar percepatan (Ac) maka pemisahan akan semakin cepat. Berdasarkan Gambar IV.20, percepatan inisial tidak tergantung oleh ukuran, tetapi tergantung oleh densitas materi dan fluida. Tabel IV.5 berikut ini menunjukkan bahwa Ac sebanding dengan Cc dimana semakin besar Cc maka nilai Ac semakin besar yang mempermudah proses jig. Tabel IV.5 Nilai Ac dan CC untuk Campuran Materi Campuran Materi Ac Cc PET > 12, PET > 9, PET > 6, PET > PET berat - PS berat PET ringan - PS berat PET ringan - ABS berat PET berat - ABS ringan PS ringan - ABS berat B-52

22 Campuran Materi Ac Cc PS berat - ABS ringan ABS berat - PET berat ABS ringan - PS ringan PET berat - PS ringan Tabel IV.5 menunjukkan keterkaitan antara CC dan Ac, dimana CC menunjukkan tingkat kelayakan pemisahan suatu materi campuran, sedangkan Ac menunjukkan kecepatan insial materi saat proses jig berlangsung tanpa dipengaruhi ukuran materi untuk jenis plastik sama. Jika inisial percepatan besar maka campuran materi dengan perbedaan densitas mudah dipisahkan menggunakan proses jig. Dengan nilai Cc terbesar pasangan materi PET berat dan PS ringan paling mudah terpisah dalam waktu yang relatif cepat. IV.11 Analisa terhadap Gaya Drag yang bekerja pada Pergerakan Materi Gaya Drag dalam proses jig yang berasal dari percepatan fluida tidak terlepas dari arus pulsa. Saat materi mengalami percepatan, fluida juga akan mengalami percepatan. Menurut penelitian yang telah dilakukan oleh Mpandelis tentang pengaruh gaya drag terhadap pemisahan materi, gaya untuk percepatan fluida akan memberikan aksi pada materi sebagai gaya drag dan pada saat bersamaan percepatan fluida juga menpengarui tekanan pada materi dalam media. Gambar IV.21 berikut menunjukkan pengaruh perbedaan diameter dan kecepatan fluida terhadap besar gaya Drag setiap materi pada variasi amplitudo dan frekuensi 85 siklus/menit. B-53

23 Drag Force (N) d(mm) FDmateriringan FDmateriberat (a) Gaya Drag antara Materi Berat dan Materi Ringan Selisih Gaya Drag Materi Berat dan Materi Ringan diameter (mm) (b) Selisih Gaya Drag antara Materi Berat dan Materi Ringan Gambar IV.21 Pengaruh Gaya Drag berdasarkan Perbedaan Ukuran Materi Gambar IV.21 menunjukkan bahwa materi dengan ukuran besar mengalami gaya drag yang lebih kecil dibandingkan materi lainnya yang berukuran lebih kecil, karena gaya drag dipengaruhi oleh luas media. Selisih antara gaya drag materi berat dengan materi ringan sangat kecil, karena diameter antara materi berat dan ringan homogen. Kecepatan fluida menunjukkan hubungan amplitudo dan frekuensi pompa saat proses jig berlangsung. Gaya drag akan meningkat sebanding dengan peningkatan kecepatan. Pada kecepatan yang sama, gaya drag materi berat lebih besar dari pada materi ringan. Setiap nilai B-54

24 kecepatan berbeda, panjang amplitudo akan berbeda untuk frekuensi yang sama, karena semakin tinggi amplitudo maka kecepatan dalam fluida akan semakin tinggi. IV.12 Pengaruh Gaya Gravity terhadap Pemisahan Gaya gravity atau gaya berat merupakan fungsi dari massa materi dan percepatan gravitasi saat materi bergerak, sedangkan massa materi dipengaruhi oleh densitas materi dan volume materi dalam media. Gambar IV.22 menunjukkan pengaruh ukuran materi terhadap besar gaya berat FG (N) d (mm) FG materi ringan FG materi berat Keterangan = Perbedaan gaya dengan nilai CC 1,33, dan waktu pemisahan 6,91 8,44 menit Gambar IV.22 Pengaruh Perbedaan ukuran terhadap Gaya Berat materi Berdasarkan Gambar IV.22, diameter tidak mempengaruhi besar gaya gravity yang dialami oleh materi berat dan ringan. Materi ringan mengalami gaya gravity yang lebih kecil daripada materi berat karena pengaruh densitas antara materi dengan air saat proses pemisahan. Campuran dengan nilai CC > 1.33 mengalami perbedaan gaya gravitasi cukup besar karena perbedaan densitas yang besar pula sehingga mempersingkat waktu pemisahan. Dalam hubungan ini, amplitudo dan frekuensi tidak memiliki pengaruh terhadap besaran gaya berat karena hanya tergantung pada properti materi yaitu massa materi dan percepatan gravitasi. B-55

25 IV.13 Pengaruh Gaya Buoyant terhadap Pemisahan Gaya buoyant atau gaya apung ekivalen terhadap berat fluida yang dipindahkan pada arah berlawanan, menyebabkan partikel berat mengendap, sedangkan partikel ringan dan tipis bergerak terpisah ke lapisan atas Buoyant Force (FB), N d(mm) FB materiringan FB materiberat Keterangan = Perbedaan gaya dengan nilai CC 1,33, dan waktu pemisahan 6,91 8,44 menit Gambar IV.23. Pengaruh Perbedaan ukuran terhadap Gaya Buoyant Gaya buoyant menggambarkan peningkatan tekanan bersamaan dengan naiknya permukaan air (pengaruh amplitudo), sehingga materi secara keseluruhan atau sebagian akan tenggelam dalam fluida. Gaya ke atas berhubungan dengan tekanan bagian bawah materi yang lebih besar daripada gaya ke bawah yang menekan bagian atas materi. Besar gaya buoyant sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh materi (Prinsip Hukum Archimedes) : a. Total materi tenggelam memindahkan sejumlah fluida yang sama dengan volumenya. Materi yang lebih berat memiliki gaya buoyant yang lebih kecil daripada materi ringan, sehingga cenderung mengendap ke bawah. Jika densitas kecil, gaya buoyant akan lebih besar dan materi naik ke permukaan fluida. b. Materi yang mengapung di lapisan atas berada dalam kesetimbangan, yang seharusnya sama besar dengan beratnya. B-56

26 Jika dikaji berdasarkan diameter materi, berdasarkan gambar IV.23, materi ringan mengalami gaya buoyant lebih besar dari pada materi berat hal ini menunjukkan dalam penelitian ini materi ringan banyak ditemukan di lapisan atas. Namun demikian pengaruh perbedaan diameter mempengaruhi besar gaya buoyant, dimana semakin besar diameter materi maka gaya buoyant semakin kecil. IV.14 Resultan Gaya yang Bekerja pada Pemisahan Materi Keseluruhan gaya yang bekerja pada materi dalam reaktor jig dapat digunakan untuk neraca gaya. Neraca gaya menunjukkan kerja gaya berat, gaya drag, dan gaya buoyant pada arah gerak ke bawah dan ke atas. Adapun persamaan neraca gaya mengikuti persamaan sebagai berikut : Gaya materi ringan : Gaya yang dialami materi ringan saat ke atas Fa 1 =- F gravity + F fluida + F drag + F buoyant Gaya yang dialami materi ringan saat ke bawah Fb 2 =-F gravity - F fluida + F drag + F buoyant Gaya materi berat : Gaya yang dialami materi berat saat ke atas Fa 2 =- F gravity + F fluida + F drag + F buoyant Gaya yang dialami materi berat saat ke bawah Fb 2 = -F gravity - F fluida + F drag + F buoyant, sehingga : Resultan Gaya materi ringan = Fa 1 + Fb 1 dan, Resultan Gaya materi berat = Fa 2 + Fb 2 Perbedaan Gaya yang Bekerja pada Materi Berat dan Ringan : df = Resultan F berat Resultan F ringan B-57

27 Gaya yang bekerja terhadap materi berat dan materi ringan disajikan dalam gambar IV.24. Resultan gaya, N Resultan gaya materiringan diameter(mm) Resultan gaya materiberat Keterangan = Perbedaan resultan gaya dengan nilai CC 1,33, dan waktu pemisahan 6,91 8,44 menit Gambar IV.24. Pengaruh Ukuran terhadap Total Resultan Gaya Gambar IV.24 menunjukkan ukuran tidak berpengaruh besar terhadap total resultan gaya pada materi berat dan materi ringan, karena adanya perbedaan nilai CC yang menjelaskan bahwa semakin kecil nilai CC maka waktu pemisahan akan semakin lama. Secara keseluruhan, materi berat mengalami gaya yang lebih besar daripada materi ringan. Nilai negatif menunjukkan bahwa besar gaya gravitasi yang bekerja pada materi mendorong materi untuk bergerak ke bawah (mengendap). Selanjutnya besar gaya akan dikaji untuk melihat pengaruhnya terhadap waktu pemisahan campuran. IV.15 Pengaruh Selisih Gaya Materi Ringan dan Berat terhadap Kecepatan Waktu Pemisahan Selisih antara gaya materi berat dan gaya materi ringan memiliki pengaruh terhadap waktu pemisahan materi campuran densitas, dengan ukuran yang relatif sama. B-58

28 t (menit) df (selisih gaya), N Gambar IV.25. Pengaruh Selisih Gaya terhadap Waktu Pemisahan Selisih gaya merupakan perbedaan antara total gaya yang bekerja pada materi berat dan materi ringan dalam setiap proses pemisahan. Berdasarkan gambar IV.25 waktu pemisahan dipengaruhi oleh selisih gaya, dimana selisih gaya yang besar cenderung mempersingkat waktu proses dimana gaya yang dialami oleh materi berat dalam suatu campuran akan besar pula. Selisih gaya yang kecil menunjukkan proses pemisahan berlangsung lama karena pengaruh dari nilai CC kecil ( nilai CC = 1,1 1,33) dengan diameter materi yang homogen. Selanjutnya untuk mengetahui pengaruh parameter terhadap waktu pemisahan, maka dilakukan analisa data secara statistik. IV.16 Analisa Pengaruh Parameter Fisik dan Operasi terhadap Waktu Pemisahan dengan Regresi Multilinier Pemisahan materi berat-ringan dalam reaktor jig, dipengaruhi oleh beberapa faktor fisik materi antara lain oleh nilai CC (Concentration Criterion) yang merupakan fungsi dari perbedaan densitas materi dengan densitas fluida, diamater (size) dan kecepatan fluida sebagai parameter operasi merupakan fungsi dari amplitudo terhadap frekuensi. Analisa dilakukan untuk melihat parameter yang paling berpengaruh terhadap kecepatan waktu pemisahan, dilakukan terhadap data jenis materi campuran dengan pengelompokkan data berdasarkan waktu pemisahan terhadap diameter materi, kecepatan fluida, dan CC. B-59

29 Parameter yang digunakan untuk melihat besaran pengaruh adalah nilai koefisien Beta ( ) pada Tabel standarized koefisisen Beta, selanjutnya ditampilkan pada Tabel IV.6. Waktu Operasional Jig (menit) Tabel IV.6 Nilai Koefisien dan Persamaan Regresi Multilinier Jumlah Data (n) PERSAMAAN D V CC (mm) (m/det) Y(t) = X X X Y(t) = X X X Y(t) = X X X Total : Y(t) = X X X 3 Sumber : SPSS, Regresi Multilinear Berdasarkan Tabel IV.6 dapat diketahui pengaruh parameter fisik materi terhadap kecepatan pemisahan materi untuk setiap kelompok berdasarkan waktu. Kelompok 1 dengan jumlah data 16, menunjukkan kelompok data dengan rentang waktu pemisahan tercepat, yaitu 3 menit 4.7 menit, hal ini dipengaruhi oleh diameter materi, dengan nilai negatif terbesar yaitu , merupakan angka korelasi untuk regresi sederhana. Waktu proses terjadi dengan cepat karena ukuran materi homogen yaitu 6.9 mm. Persamaan regresi dimana Y = waktu, X 1 = diameter materi, X 2 = CC, dan X 3 = kecepatan fluida, menerangkan konstanta sebesar (menit) merupakan waktu yang dibutuhkan untuk pemisahan jika tidak ada diameter, CC, dan kecepatan fluida. Koefisien regresi X 1 sebesar menyatakan bahwa setiap penurunan (karena tanda -) 1 mm diameter, waktu akan menurun menit, koefisien regresi X 2 sebesar menyatakan bahwa setiap penurunan (karena tanda -) 1 satuan nilai CC, waktu akan menurun menit, koefisien regresi X 3 sebesar menyatakan bahwa setiap penurunan (karena tanda -) 1 meter/detik, waktu akan menurun menit. Penjelasan terhadap persamaan ini selanjutnya berlaku sama untuk kelompok 2, kelompok 3 dan kelompok 4. Kelompok 2 dengan jumlah data 16 menunjukkan kelompok data dengan rentang waktu pemisahan 5 menit 6 menit dipengaruhi oleh CC, dengan nilai koefisien = Pada B-60

30 kelompok 2, nilai waktu pemisahan dipengaruhi oleh nilai CC > 1.5 yang terjadi pada 1 campuran materi yaitu PET untuk setiap ukuran. Kelompok 3 dengan jumlah data 20 menunjukkan kelompok data dengan rentang waktu pemisahan 7 menit - > 8 menit dengan nilai koefisien = , menunjukkan bahwa waktu pemisahan terbesar dipengaruhi oleh CC. Pada kelompok ini rentang nilai CC terkecil yaitu 1.11 sampai dengan Berdasarkan penelitian terdahulu, angka CC < 1.25 tidak direkomendasikan dipisahkan dengan Jig. Kelompok 4 merupakan keseluruhan data yang dianalisa untuk melihat variabel yang paling berpengaruh terhadap waktu proses. Nilai koefisien = menunjukkan bahwa perbedaan CC menjadi dasar perbedaan waktu proses, dimana semakin besar nilai CC maka waktu proses semakin cepat. IV.17 Analisa Laju Pemisahan Plastik Campuran IV.17.1 Laju Pemisahan PET Campuran Ukuran Analisa laju pemisahan materi campuran ukuran mengikuti penentuan laju reaksi. Laju perubahan komposisi materi pada media saat proses jig akan menjelaskan penurunan berat materi terkumpul atau peningkatan berat materi terkumpul pada lapisan media yang dihubungkan terhadap waktu. Laju pemisahan PET campuran mengikuti laju reaksi orde 1 yang ditampilkan pada Gambar IV y = x R 2 = y = x R 2 = dm/dt y = 0.017x R 2 = y = 0.014x + 0 R 2 = PET > 2 mm PET > 6,5 mm PET > 9,5 mm PET > 12.7 mm M Gambar IV.26 Laju Pemisahan PET Campuran Orde 1 B-61

31 Nilai koefisien korelasi (r) mendekati r = 1 menunjukkan bahwa laju pemisahan PET beda ukuran sesuai dengan reaksi orde 1. Laju pemisahan orde 1 menghasilkan laju yang sebanding dengan perubahan komposisi materi selama proses jig. Saat laju pemisahan tergantung pada komposisi berat materi dan saat komposisi materi berubah terhadap waktu, sehingga semakin banyak materi PET ringan terpisah dari materi berat seiring dengan bertambahnya waktu. Berdasarkan Gambar IV.26 dilakukan analisa dengan melihat konstanta laju pemisahan (k) untuk setiap kelompok PET berdasarkan ukuran, dengan data sesuai Tabel IV.7. Tabel IV.7 Nilai Konstanta Laju Pemisahan Kelompok PET berdasarkan Ukuran Kelompok Materi Ukuran (mm) k (konstanta laju pemisahan) (menit -1 ) PET Kuning > PET Merah > PET Biru > PET Hijau > Berdasarkan Tabel IV.6 nilai konstanta dari setiap kelompok ukuran menunjukkan kecepatan pemisahan berat materi per satuan waktu. Nilai k yang besar yaitu untuk PET merah (> 9.5 mm) menunjukkan pengurangan materi ringan terpisah dari materi berat berubah seiring dengan pertambahan waktu, artinya materi ringan terpisah ke permukaan lebih cepat dan lebih banyak dibandingkan materi lainnya. IV.17.2 Laju Pemisahan PS ABS - PET Laju pemisahan PET campuran mengikuti laju reaksi orde 0, membentuk persamaan garis linier, disajikan pada Gambar IV.27 B-62

32 M y = x R 2 = y = x R 2 = y = x R 2 = t(detik) PET (> 6.5 mm) PS > 6.5 mm ABS > 6.5 mm Gambar IV.27 Laju Pemisahan PET-PS-ABS mengikuti Orde 0 Menurut Benefield, Judkins, dan Weand, 1982, laju pemisahan orde 0 menerangkan proses pemisahan pada laju yang tidak tergantung pada konsentrasi setiap materi. Berdasarkan gambar IV.27, nilai koefisien korelasi mendekati 1 menunjukkan bahwa laju pemisahan PET-PS dan ABS sesuai dengan reaksi orde 0. Berat materi pada keadaan awal menurun per satuan waktu. Tabel IV.8 Nilai Konstanta Laju Pemisahan Kelompok 3 Campuran Kelompok Materi Ukuran (mm) k (konstanta laju pemisahan) (menit -1 ) PET > ABS > PS > Berdasarkan Tabel IV.8 nilai konstanta dari setiap kelompok ukuran menunjukkan kecepatan pemisahan berat materi per satuan waktu. Nilai k yang terbesar yaitu untuk PS menunjukkan pengurangan materi ringan terpisah dari materi berat berubah seiring dengan pertambahan waktu, artinya rata-rata berat materi ringan PS terpisah ke permukaan lebih cepat dan lebih banyak dibandingkan materi lainnya. B-63

33 IV. 18 Penggunaan Energi oleh Materi saat Proses Pemisahan Penggunaan energi oleh materi saat proses pemisahan menunjukkan besar energi yang dibutuhkan oleh setiap materi ringan dan materi berat, yang dipengaruhi oleh amplitudo fluida, kecepatan fluida, densitas materi dan luas media. Hubungan penggunaan energi terhadap waktu proses ditampilkan dalam gambar IV.28. Amplitudo 1 cm Amplitudo 2 cm Amplitudo 4 cm Amplitudo 6 cm t (menit) Energi (Watt) Gambar IV.28 Hubungan Penggunaan Energi oleh Materi terhadap Waktu Proses Jig Berdasarkan Gambar IV.28 diketahui bahwa semakin besar energi yang digunakan oleh materi, maka waktu pemisahan semakin cepat. Selain itu waktu pemisahan untuk setiap besaran energi yang sama dipengaruhi oleh amplitudo dan kecepatan fluida. Semakin besar amplitudo dan kecepatan fluida maka waktu pemisahan akan semakin cepat dengan energi yang besar. Besar energi juga dipengaruhi oleh CC dari setiap campuran materi yang akan dipisahkan yang ditampilkan pada Gambar IV.29. B-64

34 Amplitudo 6 cm Energi(W) Amplitudo 4 cm CC Amplitudo 2 cm Amplitudo 1 cm Gambar IV.29 Hubungan Penggunaan Energi oleh Materi dengan CC Gambar IV.29 menunjukkan bahwa penggunaan energi oleh materi meningkat dengan besarnya nilai CC, yang akan mempercepat proses pemisahan. Tingkatan energi yang tampak pada gambar dipengaruhi oleh amplitudo, dimana untuk energi paling kecil menunjukkan proses terjadi pada amplitudo 1 cm, seterusnya meningkat hingga amplitudo 6 untuk energi yang paling besar. B-65